随着问天实验舱/长征5B遥三运载火箭组合体发射时间的日益临近，越来越多的实物照片得以公开，我们也可以从这些画面中感知问天实验舱的强大能力。
问天实验舱/长征5B遥三运载火箭组合体
天宫空间站采用基于同一平面原则设计的三舱构型，分别是，核心舱、实验舱Ⅰ、实验舱Ⅱ，早在八年多前实验舱Ⅰ就已经定名为“问天”。
问天实验舱全长17.9米，是当今世界长度最长的载人航天器，超过了国际空间站的任意舱段，工作舱最大直径4.2米，发射重量约23吨。正所谓好马配好鞍，长征5B运载火箭为匹配问天实验舱准备了长度约21米的超长整流罩。
问天号实验舱Ⅰ
话说，为什么问天实验舱要这么长呢？这个世界没有无缘无故的爱，当然也不会有无缘无故的设计，这是基于使命任务选择的设计方案。
天宫空间站设计在轨规模近百吨级，虽然已经属于大型载人空间站，但是相较于四百吨级的国际空间站仍然小很多，当然了这里的小只是肉眼可见的小，实际上我们很“大”，这个“大”就体现在丰富多样的应用功能，以及强大的在轨支持能力。
问天实验舱Ⅰ
问天实验舱由工作舱、气闸舱、资源舱三部分组成：
工作舱有8个科学实验柜安装机位，随舱上行部署4台科学实验柜，分别是，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，其余4个应该是非中科院标准的航天基础试验机柜，以及预留的空置实验柜。
问天实验舱的大柱段便是“工作舱”
除了完备的在轨科研设施，工作舱还配置有3个备份永久睡眠区与1个卫生区，届时，天宫空间站永久睡眠区的数量将升级至6个。与国际空间站相比，他们在轨轮换时航天员只能临时睡在睡袋里，此前他们也有部署单独的睡眠舱计划，但是因资金问题搁浅，所以究竟谁才是以人为本，这是一目了然的。
在官方公布的问天舱开箱画面中可以看到，备份永久睡眠区在工作舱末端（红框），与气闸舱接壤处。与天和核心舱小柱段的横置睡眠区不同，受限于安装空间，它是“竖着的”。
问天舱工作舱睡眠区（红框）与舷窗（蓝框）
备份睡眠区尽可能远离了工作舱的科学实验柜以及其他平台设备，噪音水平相对较低。备份睡眠区主要有两个用途，一是用于两批航天员在轨轮换任务，二是在应急情况下使用。
虽然是备份睡眠区，但是品质也很讲究，与天和核心舱睡眠区一样也配置有“观景舷窗”（蓝框）。
观景舷窗不仅仅是为了欣赏太空美景，该产品的主要用途是目视观察舱外状态，比如神舟飞船对接时，空间站内的航天员就可以通过舷窗直接判断飞船的姿态状态。的确，现在舱外摄像机的清晰度已经很高，但是就可靠性而言，仍然无法取代舷窗的作用。
国际空间站航天员透过舷窗拍摄的载人龙飞船
以前不少航天迷很羡慕国际空间站总能拍出震撼的太空大片，尤其是飞船对接画面的视觉冲击力的印象最为深刻，以后我们就不用羡慕了，因为航天员可以透过横置布局实验舱的舷窗拍摄来访飞船，未来会有越来越多以中国航天器为拍摄对象的太空大片诞生。
拍摄这类照片需要满足两个条件，首先是空间站内需要有人，再就是要有合适的机位。今年，神舟十五号载人飞船任务时我们就可以满足这两项条件。
天和舱外高清摄像机拍摄的神舟十二号，以后此类照片的视觉冲击力将更高。
与工作舱对接的是天宫空间站的第二个人员气闸舱，不同于节点气闸舱，它不需要容纳多个方向的对接装置，同时自身处于整舱上部偏下位置，在火箭整流罩内可用包络尺寸相较于节点舱更大，因此问天舱气闸舱舱内空间更大。
问天舱“人员气闸舱”吊装
问天舱气闸舱到位后将成为天宫空间站航天员出舱的第一选择，节点舱的航天员出舱功能将转为“备份”，目前正在轨执行任务的神舟十四号飞行乘组就将通过问天气闸舱实施太空出舱任务。
人员气闸舱与工作舱对接
问天气闸舱相较于节点气闸舱有很多优势，不仅内部空间更大，出舱口也更大，便于出舱航天员穿脱舱外航天服，以及进出舱，同时出舱口位于第一象限朝向地球一侧，能够尽可能避免太阳光直射干扰，此问题在节点舱执行出舱任务时比较突出，因为它的出舱口在第三象限朝向天顶一侧。
问天舱气闸舱出舱口将朝向地球一侧
节点舱出舱口在天顶一侧，受太阳光直射干扰问题突出。
问天气闸舱舱外第二象限配置有天宫空间站的第二套七自由度空间机械臂，展开长度约5米，承载力3吨，虽然对比天和机械臂在展开长度与承载力要弱的多，但是它有着相较于天和臂更高的控制精度，可以直接夹持小型实验载荷，实现对舱外设备的照料，也能承载舱外航天员进行舱外转移。
问天实验舱机械臂
问天机械臂的作用远不止纸面数据这么简单，它还可以与天和机械臂对接进行级联组合，进而形成长度达15米的超长机械臂，超长机械臂可以直接搬运半密封或全开放天舟货船的货物，直接进行跨舱转移。
双臂级联组合效果图
再结合梦天实验舱的货物气闸舱，还可以在轨部署小型卫星，并能够实现舱内外设备的自动转移，无需航天员出舱即可实现。实在是载人空间站高效运营不可多得的得力助手。
气闸舱舱外还有24个用于暴露实验或安装其他设备的载荷挂点，工作舱舱外第四象限还有用于安装大型暴露实验扩展平台的安装挂点，可进一步提升舱外实验能力。
大型扩展平台安装挂点
大型扩展平台安装效果图（配图为六舱大构型）
与问天气闸舱另一端对接的是“资源舱”，该舱段贮箱加注了约1.55吨推进剂，配置有完善的姿轨控动力，超长翼展太阳翼也在此安装，画面中还可以看到用于航天员舱外活动的扶手。该舱段是问天实验舱承担备份核心舱职能的重要依托。
资源舱
从外观来看，问天实验舱还有一个亮点，那就是贴附在资源舱表面的超大型柔性太阳翼，该太阳翼展开翼展超55米（包括太阳翼连接驱动机构），几乎相当于两架波音客机的翼展之和，单侧太阳翼全长23米，宽度相当于双车道宽度。
实验舱太阳翼完全展开效果图
太阳翼配置高光电转换效率的柔性三结砷化镓电池，供电能力7.3kW以上，一天发电量可供普通三口之家使用一个半月。太阳翼采用二次展开方案，初次展开长度约6.5米，与天和核心舱前向对接后再二次完全展开，推测目的是避免对接过程中产生的振动对超长翼展太阳翼造成不利影响。
航天器设计通常都是牵一发而动全身，正是因为大型柔性太阳翼的成功研制，问天实验舱、天宫空间站才能有如此优异的构型。比如俄目前正在研制的轨道服务站，由于没有应用柔性太阳翼，刚性太阳翼占据了大部分的空间，以致于舱内空间捉襟见肘，没有空间就无法整合更多的功能。
俄轨道服务站舱段配置刚性太阳翼
天和核心舱因为柔性太阳翼的应用，有了大柱段+小柱段+节点舱的布局，问天实验舱因为柔性太阳翼的应用，使得资源舱部分的设计最小化，这才有了人员专用气闸舱的设计空间。
问天舱柔性太阳翼收拢起来占用空间极小
天宫空间站的一个重大创新就是“三舱核心组合体”，实现了能源管理系统、信息管理系统、控制系统、载人环境系统、热控流体回路系统的高效融合，达成了1+1+1等于1的设计目标，不论舱段如何增加，它们都是浑然一体，是相互融合相互支持的关系。
比如前文所述的节点气闸舱备份功能，它不仅能在出舱任务实施前备份，还能在出舱任务进行中备份，舱外航天员若遇问天气闸舱故障情况，可经由节点气闸舱回舱，这一关键功能即便是国际空间站也不具备。
异舱回站
问天实验舱在三舱核心组合体中发挥了备份核心舱的作用，姿轨控动力系统、平台控制系统、再生生保系统均可实现对天和核心舱的备份，可在应急情况下发挥备份作用。
如此优异的问天实验舱怎么实现与天和核心舱的在轨组装任务呢？工作舱前端面的转位机械臂是关键。
问天实验舱由长征5B遥三火箭发射入轨后，将在北斗卫星导航系统的帮助下与节点舱前向端口对接，此后将于梦天实验舱发射前一个月择机进行在轨转位任务，也就是今年9月。
问天实验舱将采用快速交会对接方案
转位任务是由前向对接口转移至节点舱第四象限侧向停泊口永久对接，问天实验舱将通过转位机械臂进行在轨转位，这是首选主份方案。若转位机械臂失效则启动备份方案，由天和机械臂实施转位，此备份方案已于天舟二号任务阶段进行过在轨验证。
天和机械臂捕获天舟二号转位试验
主份方案中的转位机械臂由肩关节连杆、肩关节驱动机构、连接臂、腕关节驱动机构、腕关节、捕获连接机构组成，转位任务进行时，转位机械臂与节点舱机械臂适配器对接，进而转动带动实验舱转位，相较于天和机械臂转位方案有着更高的控制精度、高可靠性、结构简单优势。
转位机械臂
用于转位机械臂对接的“节点舱机械臂适配器”
基于转位机械臂的实验舱转位任务效果图
之所以准备两套方案于转位任务，实在是因为这项任务是定胜负的，只有转位成功，后续的梦天实验舱才能发射，空间站运营阶段任务才能随之开启，天宫空间站才能真正宣告成功。
过几个月就能看到的天宫空间站的完整构型
再补充一点，问天实验舱与梦天实验舱的长度皆为17.9米，两舱对置布局于节点舱两个侧向停泊口，由此形成了近四十米的大跨度（加上节点舱直径），起到了类似国际空间站桁架的作用，两侧太阳翼尽可能避免了相互遮挡，提高了受晒率与发供电能力。
天宫空间站关键技术验证阶段、在轨建造阶段、运营阶段，三大阶段各次任务环环相扣，是一仗接着一仗打，任务是艰巨的，但是任务成功之后的收获也将是巨大的，作为全球现役唯一由一国承建的大型载人空间站一旦建成，将带来一系列的战略红利。
最后，我们祝福航天人，祝福问天实验舱一飞冲天马到成功。
