□□經(jīng)過約13天的太空飛行,2012年6月29日10:03,神舟-9載人飛船(以下簡稱神舟-9)返回艙順利降落在內(nèi)蒙古中部主著陸場預(yù)定區(qū)域,航天員景海鵬、劉旺和劉洋健康出艙。至此,天宮-1與神舟-9載人交會(huì)對接任務(wù)全面實(shí)現(xiàn)了“準(zhǔn)確進(jìn)入軌道、精準(zhǔn)操控對接、穩(wěn)定組合運(yùn)行、安全健康返回”的總目標(biāo),稱得上“結(jié)果圓滿、過程完美、成果豐碩”。
這次任務(wù)在我國載人航天史上創(chuàng)造了多個(gè)第一:它是長征-2F火箭和“神舟”載人飛船重大改進(jìn)以后的首次載人飛行;航天員首次完成手動(dòng)控制交會(huì)對接任務(wù);航天員首次進(jìn)駐在軌人造天體—天宮-1目標(biāo)飛行器;女航天員首次登天……航天員在太空的飛行時(shí)間也是我國載人航天有史以來最長的一次。在任務(wù)期間,完成了一系列的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn),突破了一系列的關(guān)鍵技術(shù),取得了一大批寶貴的科研數(shù)據(jù),為我國航天載人技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ),使我國對太空的認(rèn)識(shí)、對載人航天規(guī)律特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)更加深刻全面。
2012年6月16日18:37:24,神舟-9載3名航天員由長征-2F遙9運(yùn)載火箭成功發(fā)射,準(zhǔn)確入軌。飛船入軌后,經(jīng)地面遠(yuǎn)距離導(dǎo)引和自動(dòng)控制飛行,于6月18日14:14,在距地面高度343km的近圓軌道上,與天宮-1目標(biāo)飛行器成功實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制交會(huì)對接,形成組合體,18日17:07,航天員景海鵬率先進(jìn)駐天宮-1,隨后,劉旺、劉洋依次進(jìn)駐。
6月24日11:12,天宮-1與神舟-9組合體分離,神舟-9自動(dòng)撤離至距天宮-1目標(biāo)飛行器400m停泊點(diǎn)處。隨后,神舟-9以自動(dòng)控制方式逐漸接近天宮-1,至140m停泊點(diǎn)時(shí),神舟-9轉(zhuǎn)由航天員劉旺手動(dòng)控制。在航天員景海鵬、劉洋的密切配合下,劉旺操作姿態(tài)控制手柄和平移控制手柄,控制神舟-9向天宮-1接近。12:55,二者成功對接,第2次形成組合體,航天員再次進(jìn)入天宮-1。組合體飛行期間,3名航天員開展了一系列的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。
6月28日09:24,航天員劉旺手動(dòng)控制神舟-9與天宮-1再次分離,并撤離至140m停泊點(diǎn),飛船轉(zhuǎn)為自動(dòng)控制,繼續(xù)撤離至5km外的安全距離,并開展了重入自動(dòng)控制至140m停泊點(diǎn)的交會(huì)飛行試驗(yàn)。2012年6月29日09:17,神舟-9進(jìn)入返回程序,于當(dāng)天10:03準(zhǔn)確降落在預(yù)定區(qū)域。天宮-1與飛船分離后抬高運(yùn)行軌道,進(jìn)入高度約370km的長期運(yùn)行軌道。
在這次任務(wù)中,發(fā)射場系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了零窗口發(fā)射,長征-2F遙9火箭的入軌精度是至今我國所有載人飛行中最高的一次。在13天的飛行中,3名航天員配合默契、沉著冷靜、操作精準(zhǔn),各項(xiàng)工作和自己的生活都非常順利。測控通信系統(tǒng)高精度的測量控制,順暢地保證了通信任務(wù)的完成。著陸場系統(tǒng)對返回艙的回收迅速、準(zhǔn)確,使航天員健康出艙。整個(gè)飛行過程的所有重要事件都是按照預(yù)定計(jì)劃進(jìn)行的。
長征-2F遙9火箭在酒泉成功發(fā)射神舟-9飛船(秦憲安/攝)
為了滿足神舟-9精確入軌的要求,長征-2F遙9運(yùn)載火箭進(jìn)行了數(shù)十項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)更改,進(jìn)一步提高了可靠性和安全性。它擴(kuò)展了軟件功能,更新了導(dǎo)航系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)精確入軌,節(jié)省調(diào)姿、變軌消耗的推進(jìn)劑,為航天器后續(xù)在軌運(yùn)行提供了更好條件;在研制中,用多媒體設(shè)備記錄了火箭生產(chǎn)的全過程,照相6954張,攝像161段;在肉眼無法實(shí)別的部位增加了內(nèi)窺鏡檢查,為火箭做了“全身體檢”;還提升了舒適性,讓航天員上天時(shí)身體更舒服。
神舟-9升空后,原定在測控通信系統(tǒng)的導(dǎo)引下,用2天時(shí)間進(jìn)行5次變軌,但由于科技人員的精測妙控,神舟-9在與天宮-1交會(huì)對接前只實(shí)施4次變軌就被準(zhǔn)確導(dǎo)引至天宮-1后下方52km處的交會(huì)對接入口,從而節(jié)省了燃料。
6月17日01:30,神舟-9在飛行第5圈時(shí),進(jìn)行了第1次遠(yuǎn)距離導(dǎo)引控制(變軌),把神舟-9的近地點(diǎn)抬高;6月18日05:43,神舟-9在飛行第24圈時(shí),第4次遠(yuǎn)距離導(dǎo)引控制(變軌)。6月18日10:24,航天員進(jìn)行神舟-9轉(zhuǎn)入自動(dòng)控制前的兩艙狀態(tài)設(shè)置。6月18日11:47,神舟-9飛行在第29圈時(shí)位于天宮-1后下方約52km處,這時(shí)神舟-9穩(wěn)穩(wěn)地利用所攜帶的測量裝置捕獲到天宮-1,與其建立穩(wěn)定的空空通信鏈路,從而轉(zhuǎn)入自動(dòng)控制段。
6月18日11:47開始的自動(dòng)控制段又細(xì)分為3個(gè)階段,即52~5km的尋的段,5km~140m的接近段,從140m到對接機(jī)構(gòu)接觸的平移靠攏段。從相距52km距離到對接,為了保證每一步準(zhǔn)確對接,降低風(fēng)險(xiǎn),中間設(shè)了4個(gè)停泊點(diǎn),它們分別是5km、400m、140m和30m。
12:07,飛船上的激光雷達(dá)開機(jī)。12:41,飛船進(jìn)入5km停泊點(diǎn)。13:45,飛船從400m停泊點(diǎn)慢慢飛向140m停泊點(diǎn),在這個(gè)停泊點(diǎn)建立了天宮-1上十字靶標(biāo)圖像,對接機(jī)構(gòu)被緩緩?fù)瞥?,然后?.2m/s的相對速度慢慢靠近天宮-1。14:01,神舟-9進(jìn)入30m停泊點(diǎn),地面對對接準(zhǔn)備狀態(tài)進(jìn)行最終確認(rèn)。
14:05,喀什測控站發(fā)出指令:“飛船轉(zhuǎn)向最后靠攏?!贝藭r(shí)飛船上的十字參考坐標(biāo)與天宮-1上的十字靶標(biāo)精準(zhǔn)“吻合”。
航天員景海鵬(中)、劉旺(左)、劉洋(右)在飛船模擬器內(nèi)進(jìn)行上升段操作訓(xùn)練(秦憲安/攝)
6月18日在北京航天飛控中心的大屏幕上顯示的神舟-9與天宮-1交會(huì)對接畫面
14:07,神舟-9通過自動(dòng)控制方式進(jìn)入對接段。2min后,神舟-9與天宮-1對接環(huán)輕輕接觸。經(jīng)過捕獲、緩沖、拉近和鎖緊4個(gè)過程,二者建立了剛性連接,形成組合體。
14:14,青島測控站發(fā)出消息:“對接完成!”
14:00-22:00,在神舟-9飛行第30圈至35圈(天宮-1飛行第4135圈至4143 圈),神舟-9處于??繝顟B(tài),天宮-1內(nèi)各項(xiàng)設(shè)備設(shè)置為有人狀態(tài)。
神舟-9與天宮-1的首次交會(huì)對接與2011年神舟-8與天宮-1年的首次無人交會(huì)對接相比有四大調(diào)整:一是飛船手動(dòng)控制系統(tǒng)首次加電,這是此次自動(dòng)交會(huì)對接的一項(xiàng)重要備份手段,在自動(dòng)交會(huì)對接過程中出現(xiàn)異常情況時(shí),可以由航天員實(shí)施手動(dòng)對接或分離;二是從400m停泊點(diǎn)到對接接觸全過程在陽照區(qū)內(nèi)進(jìn)行,以進(jìn)一步考核光學(xué)測量設(shè)備在陽照條件下的測量精度和抗光干擾能力,對地面控制的及時(shí)性和應(yīng)急能力也是嚴(yán)峻考驗(yàn);三是載人飛船與天宮-1實(shí)現(xiàn)空間連通,航天員首次進(jìn)入在軌的天宮-1并開展工作;四是應(yīng)急手段進(jìn)一步完善,與首次無人交會(huì)對接任務(wù)相比,這次增加了50多種應(yīng)急交會(huì)對接模式,進(jìn)一步提高了應(yīng)急情況下成功實(shí)施自動(dòng)對接的可靠性。
6月18日神舟-9與天宮-1交會(huì)對接的視頻截圖
神舟-9和天宮-1實(shí)現(xiàn)剛性連接后, 6月18日14:44,航天員順利打開神舟-9返回艙艙門,進(jìn)入軌道艙;16:05,航天員完成了對接通道檢漏與充壓,順利打開軌道艙前艙門,進(jìn)入對接通道。在對對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行約3h的充氣、密封性檢漏,以及使天宮-1與神舟-9兩側(cè)的艙內(nèi)壓力平衡等工作之后,17:06,航天員景海鵬用鑰匙成功打開了天宮-1實(shí)驗(yàn)艙艙門,并于17:07以漂浮姿態(tài)首次進(jìn)入天宮-1。隨后,航天員劉旺、劉洋陸續(xù)進(jìn)入天宮-1。19:15,航天員在天宮-1內(nèi)開始進(jìn)行儀器設(shè)備的在軌更換、安裝和試驗(yàn)。對接后,由天宮-1負(fù)責(zé)組合體飛行控制,神舟-9處于??繝顟B(tài),如果天宮-1出現(xiàn)故障,神舟-9可以立即進(jìn)行“替補(bǔ)”。組合體內(nèi)部環(huán)境的統(tǒng)一控制是未來載人空間站運(yùn)行的重要技術(shù)。
需要說明的是,神舟-9與天宮-1對接后會(huì)有一個(gè)真空的對接通道,航天員開艙門之前必須把對接通道充氣到1個(gè)大氣壓左右,使兩艙的壓力趨于平衡。如果兩艙的壓力不均衡,很難打開艙門,而且會(huì)給航天員帶來危險(xiǎn)。艙門上有一個(gè)平衡閥,類似于高壓鍋上的放氣閥,是專門用來調(diào)解兩艙壓力的裝置。
由于天宮-1已經(jīng)在無人狀態(tài)下在軌運(yùn)行了200多天,因此航天員首先要確認(rèn)其艙內(nèi)是安全的,然后才能進(jìn)入。從神舟-9進(jìn)入天宮-1,航天員需要打開三道艙門,即飛船返回艙與軌道艙之間的門、軌道艙前艙門和天宮-1艙門,后兩道門通過對接通道相連。在打開每一道門之前,航天員都要進(jìn)行艙門檢漏、艙壓平衡等操作,以保證安全。打開艙門需用“鑰匙”,這并非普通鑰匙,而是一把40cm長的金屬把手,或叫旋轉(zhuǎn)手柄,相當(dāng)于把一枚“螺母”套在艙門開門機(jī)構(gòu)的“螺帽”上。航天員要按照其上的標(biāo)識(shí)方向旋轉(zhuǎn)兩周左右,使艙門處于解鎖狀態(tài),再拉手柄,把門打開,開完以后還要固定艙門。
通道被打開后,組合體成為一個(gè)大的密封艙。要保證航天員在艙內(nèi)的安全,整個(gè)密封艙的密封性至關(guān)重要,而密封圈是其中的關(guān)鍵點(diǎn)。密封圈被安放在神舟-9主動(dòng)對接機(jī)構(gòu)的對接面凹槽里。與人們生活中常見的“O型”密封圈不同,神舟-9對接機(jī)構(gòu)上的密封圈呈“T型”,被卡在凹槽里,在空間不受力的情況下,不會(huì)自動(dòng)脫落。在飛船與天宮-1對接前,密封圈是“裸露的”,在太空的嚴(yán)酷環(huán)境中,密封圈要經(jīng)受住100~-75℃的高低溫考驗(yàn),還要經(jīng)得起各種太空輻射。對接后,航天員從直徑0.8m的圓形通道進(jìn)入天宮-1。為了確保航天員順利通過通道,設(shè)計(jì)師在地面上曾進(jìn)行了各類模擬試驗(yàn),其中一項(xiàng)就是請一位身高1.8m、體重80.25kg的飛船工程師多次進(jìn)行現(xiàn)場穿越試驗(yàn),一次次驗(yàn)證通道的科學(xué)合理性。
神舟-9航天員在天宮-1中集體亮相
航天員景海鵬在天宮-1模擬器內(nèi)檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備(秦憲安/攝)
航天員首次進(jìn)入天宮-1與神舟-9組合體后,在里面生活和工作了6天。
6月19日15:19,天宮-1與神舟-9組合體完成了交會(huì)對接后的第1次軌道維持。15:46,北京航天飛控中心向組合體發(fā)出了一組指令,這是地面首次以郵件形式向航天員傳送信息,信息內(nèi)容包括音頻、視頻和文本文檔等數(shù)據(jù)格式。18:50,地面與航天員進(jìn)行了雙向視頻通話試驗(yàn)。
6月20日08:00-6月21日08:00,組合體在太空中完成了第1次姿態(tài)調(diào)整,進(jìn)行180°轉(zhuǎn)身,從交會(huì)對接的倒飛狀態(tài)進(jìn)入正常飛行姿態(tài),形成天宮-1在后正飛,神舟-9在前倒飛的組合體標(biāo)準(zhǔn)飛行模式。3名航天員在天宮-1內(nèi)開展了目標(biāo)飛行器照料與管理、常規(guī)醫(yī)學(xué)檢查、失重防護(hù)鍛煉、航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、表面微生物檢測、在軌風(fēng)速及溫濕度測量等工作,各項(xiàng)工作順利完成。實(shí)時(shí)醫(yī)監(jiān)詢問及心理支持通話顯示,航天員景海鵬、劉旺、劉洋的各項(xiàng)生理指標(biāo)正常,身心狀態(tài)良好。
6月21日08:00-6月22日08:00,組合體完成了軌道數(shù)據(jù)更新、飛行程序注入等工作。航天員在天宮-1內(nèi)協(xié)同配合進(jìn)行了目標(biāo)飛行器照料與管理,并展開了相關(guān)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。21日21:22 ,航天員開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)艙艙門檢漏試驗(yàn),分別完成了艙門清潔、關(guān)艙門和開艙門進(jìn)入實(shí)驗(yàn)艙等操作步驟。試驗(yàn)期間,航天員操作準(zhǔn)確,艙門檢漏結(jié)果正常。
6月22日08:00-6月23日08:00,組合體順利完成了有關(guān)飛行控制和操作試驗(yàn)。航天員在天宮-1內(nèi)協(xié)同配合進(jìn)行了目標(biāo)飛行器照料與管理、手動(dòng)姿態(tài)控制試驗(yàn),并展開了相關(guān)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。22日11:00左右,航天員景海鵬、劉旺從天宮-1回到神舟-9返回艙,準(zhǔn)備實(shí)施飛行器姿態(tài)控制試驗(yàn)。12:14,天宮-1停控,航天員手控設(shè)備加電,組合體飛行改由神舟-9飛船進(jìn)行控制。航天員劉旺操作飛船姿態(tài)控制手柄,對組合體實(shí)施偏航、滾動(dòng)、俯仰3 種姿態(tài)控制,組合體飛行姿態(tài)對航天員各項(xiàng)操作做出準(zhǔn)確響應(yīng)。此時(shí),景海鵬對手控操作密切支持,而劉洋則在天宮-1實(shí)驗(yàn)艙密切監(jiān)視試驗(yàn)過程。這是我國航天員首次在空間對飛行器實(shí)施姿態(tài)控制,試驗(yàn)取得圓滿成功。飛船的手動(dòng)控制還可用于交會(huì)對接和返回。
天宮-1與神舟-9組合體在軌飛行示意圖(神舟傳媒/制)
6 月23 日08:00-6 月24日08:00,測控通信系統(tǒng)按計(jì)劃完成了組合體軌道數(shù)據(jù)更新、飛行程序注入、二次對接前實(shí)驗(yàn)艙物品轉(zhuǎn)移固定等組合體飛行控制工作。航天員按計(jì)劃開展了艙內(nèi)氣體采樣等工作。23 日是端午節(jié),12:00左右,在開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的間隙,3 名航天員聚集在天宮-1的艙載攝像機(jī)前,與地面航天員中心的工作人員進(jìn)行了通話,互致節(jié)日問候。這是我國實(shí)施載人航天飛行以來,中國航天員第一次在太空度過中華民族的傳統(tǒng)節(jié)日。
在組合體飛行6天后,所有航天員從天宮-1回到神舟-9返回艙內(nèi),于2012年6月24日進(jìn)行首次手動(dòng)控制交會(huì)對接試驗(yàn)。其主要過程為:組合體對接機(jī)構(gòu)解鎖,神舟-9和天宮-1分離,前者撤離至與后者相距400m處停泊,然后神舟-9以自動(dòng)控制方式接近天宮-1;在距天宮-1約140m停泊點(diǎn)改為手控模式,神舟-9在航天員手動(dòng)控制下與天宮-1進(jìn)行第2次交會(huì)對接,再次構(gòu)成組合體。此次對接的目的是掌握手控對接技術(shù),再次驗(yàn)證交會(huì)對接技術(shù)及對接機(jī)構(gòu)等部件工作的可靠性與穩(wěn)定性,進(jìn)一步考核對接機(jī)構(gòu)的重復(fù)使用性能。在6月24日的手控交會(huì)對接中,神舟-9不僅實(shí)現(xiàn)了與天宮-1的精準(zhǔn)交會(huì)對接,而且交會(huì)對接時(shí)間僅用了6min,比自控交會(huì)對接少用3min。
神舟-8的2次對接全部采用從后向進(jìn)入的對接,即飛船在后,天宮-1在前。神舟-9與天宮-1第1次進(jìn)行的自控對接仍采用從后向進(jìn)入的方式,但第2次進(jìn)行的手控對接是從前向進(jìn)入的對接,即飛船在前,天宮-1在后,以神舟-9相對天宮-1前向撤離和反向接近的飛行方式進(jìn)行。
這是我國第1次在軌進(jìn)行手動(dòng)控制交會(huì)對接。此前,“神舟”飛船手動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的備份,但自神舟-5以來,在我國歷次載人航天任務(wù)中自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行良好,所以手動(dòng)控制系統(tǒng)從未啟用過,這次任務(wù)就是要對其進(jìn)行了全面驗(yàn)證。
采用手控交會(huì)對接對航天員提出了很高的要求。在交會(huì)對接過程中容易出現(xiàn)三種偏差:一是左右上下的俯仰偏差;二是位置偏差;三是發(fā)生了旋轉(zhuǎn),從而產(chǎn)生姿態(tài)偏離。因此,要求航天員對這6個(gè)自由度的偏離有很好的把握。對接時(shí)要求接近的相對速度是0.2m/s,角度偏差1°之內(nèi),橫向偏差在0.2m。這就要求在交會(huì)對接過程中,嚴(yán)格控制高速飛行器的誤差。
為了完成任務(wù),研制了手控交會(huì)對接的模擬設(shè)備,還專門研制了單項(xiàng)的訓(xùn)練模擬器,并對現(xiàn)有的全任務(wù)訓(xùn)練模擬器進(jìn)行了增補(bǔ)和改進(jìn)。航天員在手控交會(huì)對接模擬器里分兩種工況訓(xùn)練:第一種是航天員對自動(dòng)交會(huì)對接模式進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,并協(xié)助地面完成相關(guān)工作;第二種是航天員進(jìn)行手控交會(huì)對接訓(xùn)練,這時(shí)要操縱跟神舟-9工況一致的手控交會(huì)對接系統(tǒng)來駕駛飛船,模擬與天宮-1的交會(huì)對接。
劉旺在地面進(jìn)行了1500次以上的相關(guān)訓(xùn)練,而且成功率是100%。即使在儀表沒有數(shù)據(jù)的情況下,他僅靠光學(xué)顯示也能夠操作完成任務(wù)。在訓(xùn)練過程中,劉旺還經(jīng)常給參與設(shè)計(jì)的工程師們打電話,請教他們的設(shè)計(jì)思路、原理和規(guī)律,從而更透徹地掌握原理,更細(xì)致地分析問題。
為了應(yīng)對突發(fā)境況,有意識(shí)地設(shè)置了大偏差的科目和各種故障,以增加控制難度??颇吭O(shè)置考慮到陽照區(qū)、陰影區(qū)、有參數(shù)、無參數(shù)等多種狀況,模擬了可能發(fā)生的40多種故障,這些故障一旦出現(xiàn),需要航天員準(zhǔn)確判斷、識(shí)別和處置。例如,故意將飛船稍微拉偏,或者突然加大對接速度,以訓(xùn)練航天員在應(yīng)急情況下的反應(yīng)能力和處置能力。人為對環(huán)境增加干擾,比如增加通話噪聲,或者制造一些偶發(fā)事件來考驗(yàn)航天員,讓他們能在有干擾的情況下準(zhǔn)確實(shí)施手控交會(huì)對接。為了便于航天員操作,手動(dòng)控制手柄設(shè)計(jì)上有防誤操作,航天員不小心碰到手柄不會(huì)影響到操作性能。此外,為了便于航天員辨識(shí),手柄經(jīng)過了特殊設(shè)計(jì),航天員即便是戴著手套也能靈敏地感受到操作擋位。
手控交會(huì)對接的詳細(xì)過程如下:
6月24日09:40,北京航天飛控中心向神舟-9發(fā)出轉(zhuǎn)出停靠段設(shè)置指令,神舟-9恢復(fù)為自控工作狀態(tài)。
11:08,飛控中心下達(dá)神舟-9和天宮-1分離指令。
11:11,兩個(gè)航天器分離。
景海鵬、劉旺、劉洋在交會(huì)對接模擬器內(nèi)進(jìn)行手控交會(huì)對接訓(xùn)練(秦憲安/攝)
劉旺對艙內(nèi)航天服進(jìn)行氣密性檢查(秦憲安/攝)
11:36,神舟-9抵達(dá)400m停泊點(diǎn),等候指令。
11:38,神舟-9以自控方式從400m停泊點(diǎn)出發(fā),向天宮-1靠近。
11:47,神舟-9抵達(dá)140m停泊點(diǎn),地面科技人員對兩個(gè)航天器飛行狀態(tài)進(jìn)行全面檢查確認(rèn),進(jìn)行與天宮-1手控交會(huì)對接前軌道和姿態(tài)的微調(diào)。
12:11,神舟-9推出了對接環(huán)。12:16,神舟-9對接機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備完成。
12:38,地面命令:“神舟9號(hào),我是北京,發(fā)送手控允許指令,開始手柄試操作?!眲⑼p手輕握身邊兩側(cè)的平移控制手柄、姿態(tài)控制手柄,從容不迫地開始試用手柄。“神9報(bào)告,平移手柄試用正?!?,“神9報(bào)告,姿態(tài)手柄試用正?!?。
12:39,地面命令:“手柄操作正常,開始手控對接!”
12:41,手控交會(huì)對接在陽照區(qū)進(jìn)行,神舟-9在劉旺的精準(zhǔn)操控下以0.4m/s的相對速度緩緩向天宮-1靠近,航天員景海鵬、劉洋密切監(jiān)視飛船儀表參數(shù)和對接靶標(biāo)。
12:43,兩個(gè)航天器相距75m時(shí),航天員切激光雷達(dá)近場。
12:45,兩個(gè)航天器相距40m時(shí),天宮-1的太陽電池翼形成一條直線。
12:46,兩者相距30m時(shí),飛船以0.18m/s的相對速度穩(wěn)步靠近天宮-1。如果是自控交會(huì)對接,這里是一個(gè)停泊點(diǎn),但在手控交會(huì)對接中這里沒有停泊點(diǎn),但需要地面和航天員對狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。
12:47,兩個(gè)航天器先后相距15m、15m、10m,十字靶標(biāo)在輕微的晃動(dòng)中,靶標(biāo)從最右側(cè)向左平移。這個(gè)精度高于前幾次自控交會(huì)對接。在最后1m的距離內(nèi),兩個(gè)航天器上的靶標(biāo)完美重合。在完全重合的一剎那,就像劉旺多次描述過的那樣,天宮-1向神舟-9艙外攝像機(jī)“撲面而來”。
12:48,神舟-9與天宮-1對接環(huán)接觸,經(jīng)過捕獲、緩沖、拉回和鎖緊等過程,神舟-9與天宮-1建立剛性連接,形成組合體。劉旺從飛船發(fā)回鏗鏘有力的口令:“神舟9號(hào)報(bào)告,人控??刂梦唬戤?。”
12:55 ,神舟-9與天宮-1完成此次對接,我國首次手控交會(huì)對接取得圓滿成功。
16:05,劉旺打開了天宮-1的艙門,第1個(gè)漂進(jìn)天宮-1。接著,景海鵬和劉洋依次進(jìn)入天宮-1。6天前第1次進(jìn)“宮”時(shí),他們還不得不靠艙壁上的限位器固定身體,現(xiàn)在,3個(gè)人已往來自如。
6月24日劉旺手控神舟-9與天宮-1進(jìn)行交會(huì)對接的視頻截圖
航天員第2次進(jìn)入天宮-1與神舟-9組合體后,在里面生活和工作了4天。
6月25日08:00-26日08:00,組合體順利完成了第2次對接后的飛行控制工作。航天員在天宮-1內(nèi)協(xié)同配合進(jìn)行了目標(biāo)飛行器的照料與管理、失重生理防護(hù)鍛煉、自行車功量計(jì)鍛煉,并展開了相關(guān)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。25日,地面向航天員發(fā)送了4封電子郵件,航天員均正常接收;航天員下行了1條短信息,地面正常接收。
26日08:00-27日08:00,除了完成日常工作外,10:20,航天員還與胡錦濤總書記進(jìn)行天地通話。地面向航天員發(fā)送了6封電子郵件,航天員均正常接收;航天員下行了1條短信息,地面正常接收。
27日08:00-28日08:00,航天員按計(jì)劃開展了組合體的照料與管理、在軌飛行例行醫(yī)學(xué)檢查、失重生理防護(hù)鍛煉及航天醫(yī)學(xué)空間實(shí)驗(yàn)等工作,進(jìn)行了組合體第2次分離前物品轉(zhuǎn)移撤收等各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。
27日14:42,在北京航天飛控中心的精確控制下,組合體在太空中偏航180°,從交會(huì)對接的正飛狀態(tài)變?yōu)榈癸w姿態(tài),建立撤離姿態(tài),為航天員首次手控撤離作準(zhǔn)備。
28日06:00,3名航天員陸續(xù)離開天宮-1,返回神舟-9,指令長景海鵬于06:37最后一個(gè)離開天宮-1,關(guān)閉天宮-1實(shí)驗(yàn)艙艙門,返回神舟-9軌道艙。
28日09:22,航天員劉旺手控神舟-9與天宮-1成功分離,這也是“神舟”飛船與目標(biāo)飛行器第一次實(shí)施空間手控分離。組合體成功分離后,航天員繼續(xù)手控飛船撤離至安全距離。此前,航天員已經(jīng)把空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)中采集的樣本和數(shù)據(jù)從天宮-1轉(zhuǎn)移至飛船返回艙,并將天宮-1恢復(fù)到與神舟-9對接前的狀態(tài)。
在手控撤離140m時(shí),神舟-9與天宮-1又進(jìn)行了1次交會(huì)試驗(yàn):先讓神舟-9從距天宮-1的140m處退到400m處,再退到5km處;然后,神舟-9重新與天宮-1交會(huì),抵達(dá)相距140m的停泊點(diǎn);最后,再次撤離至與天宮-1相距5km以外的安全距離,交會(huì)對接任務(wù)結(jié)束。天宮-1由交會(huì)對接軌道進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行軌道,轉(zhuǎn)入長期運(yùn)行管理狀態(tài)。
目前,天宮-1供電能力良好,推進(jìn)劑消耗不到1/4,備份設(shè)備都沒有啟用,隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化、飛行方案的周密實(shí)施以及質(zhì)量的嚴(yán)格控制,其飛行時(shí)間可能大大延長。
航天員太空就餐用的餐具包(秦憲安/攝)
航天員在天宮-1內(nèi)實(shí)驗(yàn)、睡覺、鍛煉,在神舟-9內(nèi)吃飯、上廁所。天宮-1內(nèi)的溫度為22~23℃,濕度為40%,整體環(huán)境相當(dāng)舒適。航天員每天工作約8h,睡眠8h,生活照料6h(包括一日三餐,進(jìn)行個(gè)人清潔、常規(guī)生理檢查及艙內(nèi)整理等),個(gè)人休閑約2h(即自由活動(dòng),如寫飛行日志、聽音樂、看電影等)。
航天員的太空作息時(shí)間與地面同步。6:00-8:00,起床、洗漱、吃早餐;8:00-20:00,開展實(shí)驗(yàn)和失重生理效應(yīng)防護(hù)工作;20:00-23:00,準(zhǔn)備休息和自由活動(dòng);23:00,進(jìn)入夢鄉(xiāng)。
在13天的太空飛行過程中,航天員系統(tǒng)的專家為航天員提供了舒適的衣、食、住、行,使他們身心狀態(tài)良好,精神飽滿,思路清晰,聲音洪亮,心電、呼吸、體溫、血壓等基礎(chǔ)性生理指標(biāo)正常。
衣:除了艙內(nèi)航天服外,還有多種常服,包括內(nèi)衣、工作服、對抗微重力的“企鵝服”、空間運(yùn)動(dòng)服等等。空間運(yùn)動(dòng)服跟地面的運(yùn)動(dòng)服沒有什么差別,但是在舒適度上會(huì)有特別考慮??臻g運(yùn)動(dòng)服是藍(lán)色的,男女樣式基本一樣,都是圓領(lǐng)套頭T恤搭配短褲,運(yùn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)出汗,要求速干,給航天員干爽感。
航天員在艙內(nèi)活動(dòng)是不穿鞋子的,他們的襪子上涂了一層橡膠涂層,相當(dāng)于一層“膠底”,這樣航天員的腳在接觸金屬的時(shí)候就不會(huì)有冰涼的感覺。
食:這次為航天員準(zhǔn)備了50余種食品,每4天1個(gè)周期輪換食譜。航天員吃的可口美食都是通過采用太陽電池翼這一主電源的食品加熱裝置加熱過的,這也是歷來的首次。
航天員一日三餐,每餐均配有主食、副食、復(fù)水蔬菜、點(diǎn)心、調(diào)味品、水果、飲料、餐巾紙等。航天員能吃上炒米飯(包括什錦炒飯、咖喱炒飯、冬筍火腿炒飯),以及黑椒牛柳、蘑菇雞塊、木須肉、松仁玉米、干燒杏鮑菇、雪菜肉絲、濃香奶茶、豌豆素雞、紅燒牛肉、熏魚、大蝦等。此外,還有醬蘿卜等小菜,以及菠蘿汁、濃香奶茶、檸檬茶等頗受女性喜愛的餐后飲料。
太空環(huán)境不僅帶來各種不適,還會(huì)引起味覺失調(diào),尤其對酸、咸等味道感覺變得遲鈍。此次為航天員提供了叉燒醬、川味辣椒醬和番茄醬等特色調(diào)料。針對女航天員的特點(diǎn),特別開發(fā)了低脂食品,增加了蔬菜的比重,并根據(jù)女航天員的口味和生理狀況準(zhǔn)備了甜點(diǎn)、巧克力和一些補(bǔ)血食品。
睡:航天員按北京時(shí)間作息以保證睡眠。天宮-1活動(dòng)空間有兩個(gè)睡眠區(qū)、一個(gè)儀表顯示區(qū)、一個(gè)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)區(qū)、一個(gè)在軌鍛煉區(qū)。航天員的睡袋固定在艙壁上,因此航天員看起來是站著入睡的。睡袋外面是淺藍(lán)色,里面是白色,頭部有防護(hù),同時(shí)配有防止艙內(nèi)噪聲和光線的耳罩、眼罩。
動(dòng):航天員每天穿“企鵝服”對抗太空微重力。純白色的“企鵝服”內(nèi)有很多彈性的帶子,有點(diǎn)像地上的拉力器,航天員穿上后,通過力的作用,實(shí)現(xiàn)肌肉的鍛煉。這種失重防護(hù)對抗設(shè)備可以套在航天員的日常服裝外面,航天員每天穿上它訓(xùn)練1~2h。而作用在大腿部的淺咖啡色套袋則是通過加壓的形式,防止在微重力條件下體液回流到腿部,導(dǎo)致大腦血液過少而對人體產(chǎn)生不良影響。兩套“企鵝服”與套袋,在天宮-1發(fā)射前就已裝置其內(nèi)。
樂:包括拍照、看宇宙美景、聽音樂、看大片、玩游戲、上網(wǎng)、收郵件、在軌體育鍛煉。航天員首次在太空使用的自行車功量計(jì)與我們平時(shí)使用的自行車不同:航天員在使用前要先進(jìn)行組裝,在兩名航天員配合下大約10min可以完成;為了防止航天員騎行時(shí)飄走,使用時(shí)要用束縛帶將自己固定在車座上;太空“自行車”沒有握把,航天員騎行時(shí)要扶住天宮-1的墻壁。它在使用時(shí)以功率計(jì)算航天員運(yùn)動(dòng)負(fù)荷,分25W、50W等多個(gè)強(qiáng)度等級(jí),使用時(shí)可調(diào)整。
藥:航天員一天吃三次“太空養(yǎng)心丸”,它可增強(qiáng)心血管功能、提高機(jī)體免疫力、防治空間運(yùn)動(dòng)病。這次任務(wù)共為航天員準(zhǔn)備了航天藥箱、航天小藥包和個(gè)人急救小藥包三類藥物包:航天藥箱是用于組合體在軌飛行時(shí)航天員疾病防治的用藥保障;航天小藥包是航天員在返回艙時(shí)的用藥保障,能夠滿足3名航天員1天的用藥;個(gè)人急救小藥包主要用于航天員在著陸后的疾病防治,同樣能夠滿足3名航天員1天的用藥。
航天員景海鵬、劉旺、劉洋在天宮-1模擬器內(nèi)訓(xùn)練(秦憲安/攝)
女航天員劉洋進(jìn)行運(yùn)動(dòng)中的肺功能數(shù)據(jù)采集(秦憲安/攝)
神舟-9任務(wù)的藥物按照利用的幾率分為兩類:第一類藥物是按計(jì)劃必定要用的藥物,主要是抗運(yùn)動(dòng)病藥物、睡眠干預(yù)藥物、維生素補(bǔ)充類和中醫(yī)藥保健類。這類藥物嚴(yán)格按照既定的服用方案配備,主要包括抗運(yùn)動(dòng)病、睡眠調(diào)節(jié)和維生素類等。第二類藥物是根據(jù)“國際空間站”的經(jīng)驗(yàn)和臨床實(shí)踐而準(zhǔn)備的高發(fā)病需要服用的藥物。這類藥物的配備首先需要與發(fā)病率相適應(yīng),而且還要考慮病情的多種情況,使得藥物盡可能涵蓋大多數(shù)病情。藥物包括:止痛類、抗菌消炎、抗感冒藥、消化系統(tǒng)用藥、心血管系統(tǒng)藥物、五官科藥物、外用軟膏類、止咳平喘類、興奮神經(jīng)系統(tǒng)、抗過敏、外傷處理類、激素類及婦科用藥等。
航天員景海鵬、劉旺通過植物標(biāo)本了解植物的屬性(秦憲安/攝)
6月29日09:00左右,神舟-9開始返回。相比神舟-8任務(wù),神舟-9任務(wù)著陸場系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)是增加了航天救援任務(wù),相關(guān)技術(shù)狀態(tài)和任務(wù)要求也相應(yīng)發(fā)生變化。神舟-9搜救任務(wù)主要呈現(xiàn)四大特點(diǎn)。
一是航天員搜索救援環(huán)節(jié)多。此次任務(wù)增加了航天員搜索救援、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保、醫(yī)療救護(hù)和后送轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù),每一個(gè)環(huán)節(jié)都涉及到航天員的身心健康。特別是對女航天員的救援還有特殊性,決不容許因工作失誤對航天員安全造成影響。
二是航天員搜索救援要求快。為了盡快掌握航天員的健康狀況,系統(tǒng)要快速搜索返回艙、快速到達(dá)著陸現(xiàn)場,爭取第一時(shí)間對航天員實(shí)施醫(yī)療救護(hù)。
三是飛船著陸后航天員對重力的適應(yīng)需要時(shí)間長。航天員經(jīng)過長時(shí)間空間運(yùn)行,返回地面后其重力適應(yīng)和醫(yī)監(jiān)醫(yī)保持續(xù)時(shí)間長,期間既要確保航天員醫(yī)療救援穩(wěn)妥可靠,又要確保現(xiàn)場處置正規(guī)有序。
四是航天員后送轉(zhuǎn)運(yùn)銜接緊。飛船正常返回主著陸場并完成航天員醫(yī)監(jiān)醫(yī)保工作后,先要護(hù)送航天員乘直升機(jī)至轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)場,而后轉(zhuǎn)乘專機(jī)抵達(dá)北京,整個(gè)后送程序銜接十分緊密,組織實(shí)施和安全護(hù)送壓力很大。所有這些變化因素都對主著陸場系統(tǒng)圓滿完成任務(wù)提出了更高要求。
與神舟-8任務(wù)相比,著陸場系統(tǒng)有兩個(gè)方面進(jìn)行了加強(qiáng):一是增強(qiáng)了著陸場系統(tǒng)的數(shù)據(jù)圖像傳輸能力,能夠確保第一時(shí)間把現(xiàn)場對航天員的營救和處置情況及時(shí)地傳回到北京的控制大廳。二是增加了航天員的醫(yī)監(jiān)醫(yī)保和醫(yī)療救護(hù)方面的工作,著陸場的搜索救援演練進(jìn)行了很多次,其目的就是要在最短時(shí)間內(nèi)搜索到返回艙,確保航天員的安全。
安排神舟-9白天返回,是因?yàn)樵诎滋焖丫纫曇案娱_闊。神舟-9的搜救模式由神舟-8任務(wù)的“空中搜索、地面回收”變?yōu)椤翱罩兴丫群教靻T,地面處置返回艙”,實(shí)現(xiàn)“快速定位、快速到達(dá)、安全出艙”的目標(biāo)。為此,著陸場搜救分為空中和地面兩支力量,7架直升機(jī)(1架指揮機(jī)、1架通信機(jī)、1架搜救機(jī)、1架醫(yī)監(jiān)醫(yī)保機(jī)、3架醫(yī)療救護(hù)機(jī),它們均安裝了“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī),動(dòng)態(tài)信息可實(shí)時(shí)傳回北京航天飛控中心)主要擔(dān)負(fù)搜索發(fā)現(xiàn)返回艙,然后送有效載荷等任務(wù),即在第一時(shí)間把航天員護(hù)送到有醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療條件、醫(yī)療保障的安全地方。在直升機(jī)搜救航天員的任務(wù)完成后,返回艙的處理和運(yùn)送任務(wù)則交給了由4輛特種車輛組成的地面車隊(duì)。
神舟-9返回艙沖破大氣層,張開形似水母的降落傘,降落在草地上
6月29日10:03,神舟-9返回地面
神舟-9返回艙著陸后,可用4種手段迅速獲取其位置信息:搜救衛(wèi)星系統(tǒng)接收到的返回艙信標(biāo)發(fā)出的信號(hào);航天員讀取儀表板上的位置數(shù)據(jù),通過衛(wèi)星電話告知北京航天飛控中心;北京航天飛控中心通過測控網(wǎng)信息給出的返回艙落點(diǎn)預(yù)報(bào);主著陸場直升機(jī)和固定翼飛機(jī)上的定向儀接收到的返回艙信標(biāo)信號(hào)。
6月29日10:03,神舟-9返回艙安全落地。10:06,搜救隊(duì)就來到了返回艙邊。10:10,返回艙處置人員打開返回艙。此后,醫(yī)監(jiān)醫(yī)保人員進(jìn)入返回艙對航天員健康狀況進(jìn)行初步的醫(yī)學(xué)檢查和確認(rèn),在返回艙內(nèi)協(xié)助航天員進(jìn)行初步的重力再適應(yīng),包括肢體運(yùn)動(dòng),逐步站立適應(yīng),補(bǔ)充飲用水和營養(yǎng)液。
考慮到神舟-9航天員飛行13天,在太空工作量大,比較疲勞,立位耐力下降比前幾次載人航天飛行要重,所以與前3次航天員自動(dòng)出艙不同,神舟-9航天員將在工作人員協(xié)助下出艙,并且在出艙后所有活動(dòng)全部采取坐位,以確保航天員安全。
11:08,景海鵬第1個(gè)出艙,緊接著他就被抬到了特制的椅子上。景海鵬出艙后1min,劉旺出艙,他坐到椅子上后,與身邊的景海鵬不斷交流,兩個(gè)人看起來精神狀況都非常好。11:19,劉洋出艙。3個(gè)航天員的出艙過程,一共用了11min。
11:28,任務(wù)總指揮常萬全宣布,天宮-1與神舟-9載人交會(huì)對接任務(wù)取得圓滿成功?!?/p>