2025-07-24 16:30
问天实验舱是中国空间站的首个科学实验舱,也是国家太空实验室的重要组成部分,为开展空间科学研究与航天员在轨工作生活提供了更大的平台和空间。值此发射成功三周年之际,一同回顾“问天”问鼎苍穹的太空征途。
01
何以问天
2022年7月24日
长征五号B遥三运载火箭托举问天实验舱在文昌航天发射场发射升空,准确进入预定轨道,任务取得圆满成功。
2022年7月25日
问天实验舱对接于天和核心舱前向端口,形成“一”字构型,中国空间站首次在有人状态下迎接航天器来访。
2022年9月30日
问天实验舱成功转位至核心舱侧向停泊口,空间站组合体由两舱“一”字构型转变为两舱“L”构型,这是我国首次利用转位机构在轨实施大体量舱段转位操作,也是国际上首次以平面式转位方案完成航天器的转位动作。
自发射入轨以来,问天实验舱已稳定运行并保障航天员在轨任务近1100天。
02
何谓“问天”
问天实验舱作为中国空间站的三个组成舱段之一,是我国首个主用于开展空间科学实(试)验的载人航天器舱段。从构型上看,由工作舱、气闸舱及资源舱三部分组成,每个舱段承担不同的功能。
工作舱
工作舱提供8个用于实(试)验机柜安装的标准载荷装载空间,配备实验设备、睡眠区和卫生区等,支持航天员开展空间生命科学领域等相关实(试)验,并为航天员提供居住、锻炼、饮食场所。
气闸舱
气闸舱首次采用“外方内圆”的构型方案,内部为人员专用气闸舱,支持航天员携带大尺寸设备进出,开展更高效的舱外作业,目前已支持开展16次出舱活动。
外部为舱外暴露实验平台,配置了22个标准暴露载荷工位和2个大型暴露载荷工位,以及1台5米长、7自由度的小型机械臂,可与核心舱的大机械臂形成组合臂,并在空间站不同舱段间“爬行”,共同完成航天员的出舱、舱外设施照料、巡检等任务。
资源舱
资源舱是问天实验舱的能源与动力中心,其外壁两侧配备柔性太阳翼,可保障空间站正常稳定运行,满足航天员在轨日常用电需求。
问天实验舱作为天和核心舱的功能备份舱,具备空间站组合体统一管理能力,提升了空间站在轨运行的可靠性。
03
问天何为
“建站为应用”,凭借长期微重力、宇宙辐射等独特环境条件,以及航天员亲身参与、天地往返运输等突出优势,中国空间站作为国家太空实验室,不断延展着人类对太空的认知边界。问天实验舱作为我国首个主用于开展空间实(试)验的载人航天器舱段,配置了门类齐全、体系完整、技术先进的舱内和舱外空间实(试)验保障资源,支持生命科学类、生物技术类、微重力流体物理、暴露实验等领域研究主题,以空间生命科学和生物技术研究为主。
现阶段,舱内配置了生命生态实验柜、生物技术实验柜、科学手套箱与低温存储柜、变重力科学实验柜等科学实验设施。其中,两个生命科学实验柜和变重力科学实验柜是开展科学实验的场所,科学手套箱为航天员对科学样品精细操作提供安全、高效支持,低温装置用于实验样品在轨存储。
生命生态实验柜
生命生态实验柜以多种类型的生物个体为实验样品,主要研究微重力环境下植物、微生物及小型动物的生长、发育及适应性机制。
自2022年7月随问天实验舱升空以来,研究人员利用该实验柜相继开展了拟南芥、水稻、线虫、斑马鱼、果蝇、涡虫等动植物的空间生长实验,取得了国际上首次在空间微重力条件下完成水稻“从种子到种子”的全生命周期培育并获得空间发育的水稻和再生稻新的种质资源,国际上空间水生生态系统在轨运行最长时间,国际上首次在空间站中设置空间亚磁环境并探索其生物学效应等多项开创性成果。这些实验及成果有望揭示微重力对生物个体生长、发育与代谢的深层影响,进一步推动人类对生命现象本质的理解。
生物技术实验柜
生物技术实验柜主要用于微重力环境下的细胞、分子生物学及生物技术研究。随问天实验舱发射入轨以来,研究人员利用该实验柜开展了空间微重力下人胚胎干细胞早期造血分化实验、人骨髓间充质干细胞成骨诱导分化实验、小鼠骨骼肌细胞在轨培养和分化等多项科学实验,取得了国际上首次实现空间人胚胎干细胞分化为造血干/前体细胞,国际上首次解析微重力抑制骨髓间充质干细胞成骨分化的表观调控机制,国际上首次实现骨骼肌细胞自噬的实时检测等多项开创性成果。
近期,新一批科学实验物资随天舟九号上行,科研人员将继续利用生物技术实验柜开展基于器官芯片技术的空间环境对人体血脑屏障的影响研究、空间微重力环境对骨骼肌前体细胞迁移的影响及其机制研究,以及微重力环境下核酸脂质纳米载体生物学功能研究等科学实验,分别主要研究空间微重力环境对人脑类器官结构功能的影响及机制、骨骼肌前体细胞迁移行为、核酸脂质纳米药物在细胞内转运规律和机制,进一步深化对生物体生理病理的认知,为人类健康保障提供基础支持。
变重力科学实验柜
变重力科学实验柜支持空间生命科学与生物技术、微重力流体和燃烧科学等实验的不同重力效应和响应机制研究。随问天实验舱发射入轨以来,研究人员利用该实验柜开展了与重力相关的多类科学实验。
其中,开展的微重力到火星重力范围内稳态池沸腾实验,以及微重力至2g重力变化过程中瞬态池沸腾实验,实现了国际上首次发现低热流密度下重力主导池沸腾传热性能的临界值,研究成果丰富了对池沸腾传热重力标度行为的认知,对于多重力场景下复杂航天任务的先进热控、低温流体管理、环控生保系统研发具有理论指导意义;开展了不同重力条件下颗粒混合物的振动分聚实验,国际上首次发现了侵入颗粒在弱振动颗粒介质中的下降现象,对于颗粒操控技术开发、月球月壤分拣平台建设具有重要参考价值。
此外,根据不同阶段任务需求,舱外暴露实验平台上还安装了各类标准暴露载荷,开展了多项在轨测试和实(试)验任务。
星辰大海无止境,问天之路不停歇。随着更多空间科学实(试)验项目上行开展,问天实验舱将继续书写中国载人航天的壮丽篇章,为人类探索太空贡献更多“中国智慧”。