10月12日下午，“天宮課堂”第三課在中國空間站開講，神舟十四號飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲面向廣大青少年進行了精彩的太空授課，來自全國的中小學生共同觀看了這一堂生動的太空科普課。
雖然“太空教師”們處于距地面400公里的中國空間站，但在天地連線中，這堂課畫面圖像清晰、語音清脆響亮，三名航天員也能清楚地看到地面課堂內孩子們的一舉一動，進行實時課堂互動。在“天”與“地”順暢連通的背后，五院抓總研制的空間站系統發揮著重要的保障作用。
太空授課首次在問天實驗艙進行
“太空探索永無止境，同學們好！”航天員陳冬親切的開場白，拉開了本次“天宮課堂”的序幕。此次太空授課的第一個環節，就是向同學們介紹全新的“太空教室”——問天實驗艙。通過鏡頭，神舟十四號航天員乘組帶著孩子們參觀了問天實驗艙，對工作生活場景進行了展示，并介紹了問天實驗艙所搭載的實驗柜等設施設備。
相比于上一個“太空教室”天和核心艙，問天實驗艙擁有更大的教學空間。由五院抓總研制的問天實驗艙是全世界現役最大單體載人航天器，艙內空間較大，能為航天員的工作和生活提供更大的空間。同時，在平臺功能的定位上，問天實驗艙與天和核心艙互為備份，關鍵平臺功能一致，具備空間站組合體統一管理和控制能力，能很好地支持航天員在軌駐留、開展密封艙內、艙外科學實驗和技術試驗和太空授課等任務。
問天實驗艙不僅僅是空間站上的第二個“太空教室”，更是空間站的重要保障，讓中國空間站的在軌運行風險更加可控，在軌長壽命運行更加可靠。
兩艙接力測控讓“太空天路”無縫銜接
“天宮課堂”的順利進行，離不開空間站上的測控與通信分系統。測控與通信分系統的第一個作用，就是為太空授課配備了圖像話音的采集和通信設備，這些設備能夠采集下航天員授課的畫面和聲音，讓課堂實況能被記錄下來，并通過通信設備傳達到地面。第二個作用是提供天地鏈路的保障，太空中采集到的課堂畫面和聲音通過天鏈中繼系統和中繼終端產品搭建起來的“太空天路”傳輸到地面，地面上拍攝到同學們的反應也能實時傳輸到空間站，實現雙向傳輸。
由于當前天和核心艙和問天實驗艙處于“L”構型，在飛行姿態的約束下，本次太空授課期間的測控由兩個艙段接力完成，實現了“太空天路”無縫銜接。測控團隊特別設計了一體化的“數據代傳”的飛行程序：授課的前半段由問天實驗艙跟蹤中繼衛星，后半段由天和核心艙跟蹤另一顆中繼衛星，而在中間兩艙同時跟蹤不同中繼衛星的階段，通過數據代傳讓兩艙實現信息并網連通，完成“無縫接力”，從而實現了連續測控，保障太空授課的順利進行。此次太空授課中采用兩艙接力測控的方式，充分體現了空間站整站設計“1+1=1”的特點，是中國空間站有機融合運行的一個有效例證。
空間站組合體“L”構型
載荷網為數據傳輸搭建“高速公路”
課上，三位航天員向同學們展示了問天實驗艙內的生命生態實驗柜、生物技術實驗柜和變重力實驗柜等設施設備。事實上，問天實驗艙裝載了8個實驗柜、22個艙外載荷適配器，就像是把一個大型科學實驗室搬到了太空。
由實驗柜采集到的數據不僅數據量巨大，而且許多都需要實時傳輸，這就對通信傳輸能力提出了更高的要求。研制團隊用光纖在艙內打造了一個帶寬更大、速率更快的局域網，即載荷網。大量的實驗數據通過載荷網匯集到艙上的中繼天線終端，通過中繼衛星傳到地面，便于科研人員開展后續研究。
實際上，問天實驗艙上還有一套通信網，主要用作平臺數據管理、完成圖像傳輸和天地間通話等，“天宮課堂”的圖像和話音數據就是通過通信網下傳的。通信網和載荷網都是空間站信息系統的重要組成部分，這些網絡按照功能的區分，分層、分類設計，既互相隔離、又有機融合，極大地保障了數據傳輸的安全性和可靠性。
“天宮課堂”的精彩由他們共同守護
五院研制團隊精心安排、提前部署，開展了多次全流程模擬，驗證平臺的支持能力與航天員授課的保障接口?？臻g站各個分系統大力協同、密切配合，保障了本次太空授課任務的圓滿完成。
總體和GNC分系統通過聯合分析，確定了空間站組合體“L”構型的飛行姿態，并保障姿態控制精度。在天上，通過控制力矩陀螺對整站姿態進行精確控制；在地面上，提前進行仿真驗證和推演，保證空間站姿態的穩定，保障平臺測控覆蓋率，實現穩定運行。除此之外，數管分系統將采集到的數據等及時傳輸給地面，儀表與照明分系統為課堂提供環境照明，熱控分系統讓艙內始終溫度適宜，總體電路分系統保障著授課全程供配電正常……
值得一提的是，五院研制團隊還參與設計了毛細效應、水球變“懶”、會調頭的扳手三個有趣的實驗，并為實驗配備了三個既好用又輕便的教具——毛細裝置、水球振蕩試驗裝置和T字形扳手。其中，毛細裝置由毛細管、支架、培養皿組成，整個裝置質量輕、可視性好；水球振蕩試驗裝置由固水環和鋼球組成，裝置的結構設計與材料選用均以重量輕、強度高、易于使用為目標，滿足授課使用要求；T字形扳手符合人體工程學的設計，保證了使用時的手感。
隨著夢天實驗艙的發射，中國空間站即將完成組裝建造任務，屆時中國空間站的空間更大、測控覆蓋率更高、保障支持能力更強，將會具備更多的實驗資源、空間資源、保障資源，對太空授課的支持能力會更強。相信后續的“天宮課堂”將會越來越精彩，讓我們拭目以待！
