編者按：今年6月24日，我國神舟－9載人飛船實現(xiàn)了與天宮－1目標飛行器的第一次手控交會對接。更令人驚喜的是，在神舟－9搭載的3名航天員中有了我國首位女航天員劉洋的身影，這對我國載人航天發(fā)展具有重要意義。男女航天員在太空的作用各有所長，女航天員已創(chuàng)造了一系列輝煌的成就，并將在未來長期載人航天活動中發(fā)揮更大的作用。為此，在我國首位女航天員登天之際本刊隆重出版“女航天員專題”，向世人展示全球女航天員的風采。

□□2012年6月16日18：37，中國長征－2F遙九運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場準時點火起飛，將搭乘神舟－9飛船的中國首位女航天員劉洋和另兩位男航天員景海鵬、劉旺成功送入太空。01號航天員景海鵬是指令長，全面負責乘組和任務完成；02號航天員劉旺的工作重點是完成神舟－9與天宮－1的手控交會對接；03號劉洋主要負責航天醫(yī)學實驗和空間試驗管理。神舟－9還搭載了約300kg的物品，其中以食品為主，此外還包括一些實驗物品。

1 總體概述

神舟－9航天員乘組指揮長景海鵬（中）、航天員劉旺（左）、航天員劉洋（右）（秦憲安/攝）

本次任務主要包括三個方面：一是進一步驗證自動控制交會對接技術，并首次驗證手動控制交會對接技術；二是全面驗證組合體的環(huán)境保障情況；三是驗證在神舟－8基礎上進行過改進的神舟－9性能。

本次任務具備三大特點：首先，這是我國第一次進行的手動控制對接，航天員由“乘客”變成了“司機”。飛船手動控制系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)的備份，但自神舟－5以來，在我國歷次載人航天任務中飛船的自控系統(tǒng)運行良好，手控系統(tǒng)從未啟用過，而這次任務要對其進行全面驗證。其次，航天員第一次進入天宮－1內，天宮－1自2011年9月發(fā)射至今，已在軌運行了8個多月，雖然目前工作狀態(tài)良好，但艙內環(huán)境保持得怎樣，還需經(jīng)過實地檢測方能知曉。另外，在這次任務中有我國首位女航天員進入太空，科研人員為此開展了大量工作。為了保障女航天員在太空的生活條件，科技人員對飛船進行了改進，對她所使用的航天服、座椅等也做了修改。

神舟－9入軌后，先與在軌運行的天宮－1完成一次自動控制交會對接，組合體飛行6天后分離，再進行一次手動控制交會對接。神舟－9與天宮－1對接形成組合體后，航天員將通過對接通道進入天宮－1實驗艙內工作和生活。完成第2次組合體飛行4天后，航天員手動控制神舟－9撤離天宮－1，飛船返回著陸場，天宮－1轉至自主飛行軌道。

通過實施神舟－9任務，中國載人航天將實現(xiàn)多個首次：首次實施航天員手控交會對接，首次考核飛船手動控制系統(tǒng)；首次實現(xiàn)航天員訪問在軌飛行器，在軌飛行10余天，首次完成地面向在軌飛行器進行人員和物資的運輸與補給，首次考核天宮－1支持保障航天員工作和生活的能力；首次安排女航天員執(zhí)行任務，填補了中國在女航天員選拔訓練、醫(yī)學監(jiān)督和保障以及女航天員乘員設備等方面的空白。

神舟－9、長征－2F遙九火箭與神舟－8及長征－2F遙八火箭技術狀態(tài)基本一致，但為適應載人航天需要并進一步提高安全性與可靠性，進行了部分技術狀態(tài)改進。神舟－9新增了女性航天員裝備，改進完善了自控交會測量設備，首次啟用手控交會對接系統(tǒng)；長征－2F遙九火箭相比遙八火箭，也進行了30余項技術更改，進一步提高了火箭的安全性、可靠性。

此次神舟－9載人飛船的發(fā)射，既是中國載人航天第1次在夏季窗口發(fā)射，又是中國載人航天工程第4次載人飛行；既是被譽為“神箭”的長征－2F運載火箭第10次發(fā)射，也是中國“長征”系列運載火箭第165次航天飛行。

神舟－9與長征－2F遙九火箭組合體垂直轉運至發(fā)射區(qū)（宿東/攝）

神舟－9進行三艙對接

2 飛船任務

在天宮－1與神舟－9空間交會對接任務中，神舟－9肩負著完成交會對接飛行等7項任務，并進行航天員人工手動控制交會對接等4個項目驗證。

神舟－9太空之行的七大任務包括：①作為追蹤飛行器，在天宮－1的配合下，完成交會對接飛行任務；②進一步驗證改進型“神舟”飛船的性能；③在飛行期間，為航天員提供生活和工作條件；④為有效載荷提供上行、下行傳輸條件；⑤與天宮－1對接后，支持航天員和物品的艙間轉移；⑥確保航天員在完成飛行任務后，安全返回地面；⑦飛行過程中一旦發(fā)生重大故障，在其他系統(tǒng)的支持或航天員的參與下，能自主或人工控制返回地面，并保證航天員的生命安全。

神舟－9在中國首次載人交會對接任務中驗證的4個項目分別是：①全面驗證自動交會對接技術；②驗證航天員人工手動控制交會對接技術；③驗證飛船與目標飛行器組合體載人環(huán)境支持技術；④進行組合體駐留能力和在軌試驗驗證。通過這4個項目的驗證，“神舟”飛船可第一次全面真正完成載人天地往返運輸任務，天宮－1也能第一次應用空間載人飛行的中期駐留支持技術執(zhí)行任務。

按照中國載人航天工程的總體要求，神舟－9搭載的3名航天員共在軌飛行13天。

女航天員劉洋在天宮－1模擬艙內檢查實驗設備（秦憲安/攝）

航天員景海鵬、劉旺在訓練模擬器艙進行手控交會對接訓（秦憲安/攝）

手控交會對接是航天員通過神舟－9艙外的電視攝像機、艙內的綜合電子顯示屏和2個控制手柄以及天宮－1對接機構附近的十字靶標等設備來進行。在手控交會對接期間，坐在神舟－9返回艙中間的航天員劉旺是手控對接的第一責任人，他的兩側有2個控制手柄：其右邊是“姿態(tài)控制手柄”，能夠實現(xiàn)對飛船的三軸轉動姿態(tài)控制，在飛船姿態(tài)出現(xiàn)較大偏差時，航天員可通過操縱“姿態(tài)控制手柄”來調整飛船姿態(tài)；其左邊是“平移控制手柄”，能夠對飛船的前行狀態(tài)、速度進行微調，避免出現(xiàn)較大程度的偏差。劉旺的右邊是指令長景海鵬，他在手控交會對接過程中主要負責相關儀表參數(shù)的監(jiān)視。劉旺的左邊是女航天員劉洋，她也接受過同樣的訓練。他們3人都具備進行手控交會對接的能力。

神舟－9先撤離至天宮－1約400m處，然后以自控方式逐步向天宮－1拉近，在距天宮－1約140m停泊點時，飛船由自控切換到手控。在神舟－9向天宮－1的平移靠攏階段，裝在神舟－9外的電視攝像機把裝在天宮－1對接機構附近的十字靶標的圖像傳到神舟－9的綜合電子顯示屏上，航天員通過眼前的顯示屏來判斷神舟－9與天宮－1之間的相對姿態(tài)、位置和速度，然后不時通過座椅旁的2個手柄來調節(jié)飛船的姿態(tài)、位置和前進速度，最終以既定的0.2m/s的速度逐漸靠近天宮－1，并最終實現(xiàn)完美對接的目的。在手控對接期間，顯示屏上標注有X、Y、Z的3個參數(shù)。X代表遠近距離；Y代表左右距離，Z代表上下距離，在飛船前進的過程中，X值越來越小，這意味著神舟－9距離天宮－1越來越近。在顯示屏上，最終要實現(xiàn)十字靶標與攝像機十字中線的重合，當屏幕上的“對接環(huán)接觸”、“對接環(huán)捕獲”的原點由灰色變成綠色時，意味著對接成功。

手控對接對航天員眼手的協(xié)調性、操作的精細性和心理的穩(wěn)定性是個考驗。由于2個高速飛行的航天器質量很大，所以讓它們對接在一起是非常困難和復雜的一個過程，要準確判斷2個航天器的相對速度和相對姿態(tài)；另外，要通過航天員操縱手柄，用手柄不斷修正航天器的速度和姿態(tài)，因此要求操作十分精細，空間位置判斷準確，有很高的多信息并行處理能力。此外，航天員還要面臨燃料消耗和時間限制，必須在一定時間里完成對接，所以對航天員的心理素質也是考驗。還有，失重環(huán)境會給航天員帶來不適生理反應，這些都會影響手控交會對接的操作質量。為此，負責手控對接的航天員劉旺在地面對接模擬器上訓練了1500多次，操作技術十分熟練，且心理素質極佳，即使在顯示系統(tǒng)出現(xiàn)異常，甚至無參數(shù)顯示的條件下，他也能精確操控對接。

神舟－9飛行時間簡表

6月16日18：37，神舟－9發(fā)射。

6月16日18：47，神舟－9進入初始軌道。

6月16日22：30，航天員吃第一頓飯。

6月17日凌晨，北京飛控中心對神舟－9實施5次變軌控制，飛船到達距離天宮－1后下方約52km處。

6月18日11∶00許，神舟－9轉入自主控制飛行，14：15與天宮－1實施自動控制對接，17：06，航天員開始進入天宮－1。

6月24日，神舟－9與天宮－1組合體飛行6天后分開，然后由航天員駕駛神舟－9與天宮－1進行手動控制對接。

6月29日，神舟－9與天宮－1分離，3名航天員乘神舟－9安全返回地面。

天宮－1（左）與神舟－9（右）交會示意圖（神舟傳媒/制）

3 十大不同

從總體上來說，神舟－9與神舟－8在技術狀態(tài)上是一致的。但是由于神舟－9要執(zhí)行載人手動控制對接任務，因此，科技人員對神舟－9進行了適當?shù)男薷?。神舟?飛行任務與神舟－8飛行任務有十大不同。

（1）從無人變成有人的不同

神舟－9與神舟－8最大的不同是載了3名航天員上天。由于神舟－8不載人，因此，艙內裝了一些與載人無關的設備。而神舟－9是載人的，所以，取消了飛船艙內與載人無關的設備。

由于乘神舟－9上天的3名航天員中有1名女航天員，為此增加了女航天員專用的艙內服裝備件包，包內專門配備了1套供女航天員專用艙內壓力服和大小便收集裝置，還有女性專用衛(wèi)生用品包。飛船艙內配備了一個食品包，包內裝載了可供3名航天員吃15天的航天食品和喝15天的飲用水，還有航天員內衣備件包和廢物收集袋，這些都是神舟－8上所沒有的。

神舟－9準備進行熱真空試驗

（2）組合體飛行的時間不同

神舟－9的獨立飛行時間與神舟－8相同，在正常情況下能獨立飛行3天，在應急情況下可以獨立飛行5天。不過，神舟－9?？吭谔鞂m－1的時間比神舟－8?？吭谔鞂m－1的時間短，由14天變?yōu)?0天，目的是驗證組合體飛行支持能力（3人10天）。

（3）交會對接進入方向不同

神舟－8與天宮－1的2次對接全部采用從后向進入對接走廊的方式進行，即神舟－8在后，向前追趕天宮－1，在逐漸接近的過程中與天宮－1對接。在神舟－9與天宮－1的2次對接中，第1次對接仍采用從后向進入對接走廊的方式進行，但第2次改用從前向進入對接走廊的方式進行，即神舟－9在前，由天宮－1向前追趕神舟－9，在逐漸接近的過程中與神舟－9對接。

（4）空間交會對接方法不同

神舟－8與天宮－1的2次交會對接采用的都是自動控制交會對接，而在神舟－9與天宮－1的2次交會對接中，第1次對接采用自動控制方式，第2次對接采用人工手動控制方式，以驗證航天員人工手動控制交會對接技術，使航天員由“乘”飛船變成“開”飛船，第1次充分體會駕駛飛船的感覺。

神舟－9與天宮－1組合體飛行示意圖（神舟傳媒/制）

（5）空間交會對接環(huán)境不同

由于神舟－8與天宮－1進行的2次交會對接是我國第1次實施的空間交會對接任務，為了減小空間各種光波對交會對接設備造成的干擾，根據(jù)技術上的考慮和設計上的安排，神舟－8與天宮－1的第1次交會對接是在陰影區(qū)，第2次交會對接是在陽照區(qū)開始自動交會對接，待對接完成的時候，已經(jīng)處在陰影區(qū)。而神舟－9載人交會對接則在全陽照區(qū)間進行。由于太空各種光波對交會對接測量設備會造成干擾，在這樣的環(huán)境下完成交會對接，其難度要遠比神舟－8大得多，使交會對接設備接受一次嚴峻異常的考驗。

（6）由自成一體到聯(lián)成一體

神舟－8與天宮－1的交會對接只是完成了2個航天器的剛性連接，但2個航天器的艙門沒有打開，因此，在艙內環(huán)境上來講，并沒有成為真正意義上的一個整體。

由于神舟－9的航天員要進入天宮－1里進行工作、生活和全面驗證組合體載人環(huán)境，因此，神舟－9航天員打開了2個航天器的艙門，使神舟－9首次實現(xiàn)與天宮－1的空間連通，航天員穿過神舟－9艙門進入天宮－1，進行相關物品轉移、工作和生活。此前，天宮－1內的微量有害氣體凈化裝置、微生物凈化裝置等環(huán)境控制和生命保障設備已提前開機，為航天員建立了一個與地面一樣的載人環(huán)境。

（7）飛船內所搭載的設備不同

在神舟－8飛行任務中已完成了在軌力學環(huán)境參數(shù)的測量，因此在神舟－9上取消了相應傳感器和設備；還取消了神舟－8專用于圖像記錄和下傳的輔助CCD光學成像敏感器相機存儲單元；返回艙配備了乘坐3人的座椅。

（8）緊急故障處置預案不同

為了應對發(fā)射、對接和返回等過程中出現(xiàn)預想不到的突發(fā)事件，針對神舟－8交會對接任務，研制團隊設計了交會對接過程的對接機構、交會對接敏感器等252項故障預案。比如，設計了大氣層內外逃逸救生、第二圈應急返回、彈道式返回、自主應急返回、返回調姿不正常、發(fā)動機返回制動、遠距離導引和自主控制段應急程序、組合體故障情況下快速撤離和緊急撤離等11類應急飛行程序。這些預案覆蓋了交會對接飛行任務的全過程、全階段。同時，技術人員還設置了一旦在運載火箭故障情況下，導致飛船/目標飛行器入軌高度過高、過低情況下的故障預案。

針對神舟－9交會對接任務，研制團隊設計了328種故障模式與對策，進一步完善了其中與航天員操作相關的103種故障模式，主要包括：結構機構艙門檢漏/開關故障處置、環(huán)控供氣調壓故障處置、儀表顯示故障處置、手控交會對接故障處置、對接機構對接/解鎖超時手控指令處置、應急飛行程序故障、艙內發(fā)生火災、艙內失去壓力等。特別是為了確保航天員的安全，增加了17種手控交會對接故障模式與對策、手動控制禁止指令無法正常發(fā)出等故障預案等；完善了在自動控制失效情況下切換乘手控對接的處置對策；調整了能源及環(huán)境熱控制故障下，確保航天員安全的策略。

（9）控制方案在各別處不同

根據(jù)神舟－8交會對接的經(jīng)驗，針對神舟－9的任務，神舟－9載人飛船的制導導航控制分系統(tǒng)對自動交會對接與撤離、人工手動控制交會對接與撤離、返回控制等進行了局部改進和優(yōu)化，并進行了大量的試驗驗證。

（10）在返回方案上有所不同

與神舟－8相比，在神舟－9返回的控制方案中，對打開回收主開關關鍵指令相應增加了手動控制指令作為備份，返回的可靠性和安全性大為提高。

航天員教員在艙內對執(zhí)行神舟－9飛行任務的航天員乘組進行實驗操作訓練（秦憲安/攝）

4 三大突破

在這次載人航天飛行任務中，航天員系統(tǒng)取得了諸多創(chuàng)新和突破。

首先是突破了手控交會對接技術。在開展前期的科學研究，驗證交會對接控制的模式、控制的機構和界面是否符合人的心理、生理認知特點的基礎上，開展了大量地面試驗，設計了非常多的方案進行驗證，再根據(jù)驗證結果為工程研制適合航天員的交會對接工程系統(tǒng)提出了要求。

為了讓航天員順利完成手控交會對接，航天員科研訓練中心研制了手控交會對接的模擬設備，包括對現(xiàn)有的全任務綜合訓練模擬器的增補、改進，把手控交會對接在現(xiàn)有的全任務綜合訓練模擬器里體現(xiàn)。還專門研制單項的訓練模擬器，同時，對現(xiàn)有的全任務訓練模擬器進行了增補和改進。這些模擬的訓練設施，就是要逼真地反映手控交會對接的程序、方式和方法。

航天員在神舟－9與天宮－1組合內工作示意圖（神舟傳媒/制）

神舟－9航天員上天吃的航天食品（秦憲安/攝）

開展了航天員交會對接訓練的方法研究，研究了怎么訓、訓哪些科目、按什么標準訓，才能使航天員熟練掌握手控交會對接的技術，具備相關的水平。

另一突破是建立了面向中長期飛行的航天員健康維護和保障系統(tǒng)。這次航天員計劃在太空飛行13天，是歷次飛行時間最長的，是短期飛行向中長期飛行的過渡，因而較長時間的航天員飛行保障就是一個重要問題。航天員系統(tǒng)增加了心肺功能檢查等生理監(jiān)測指標，判定航天員在軌的生理狀態(tài)，同時還設定了20多種醫(yī)學預案，一旦出現(xiàn)問題，能夠進行天地協(xié)同的醫(yī)學支持，保障航天員飛行期間身體狀態(tài)。

航天員系統(tǒng)總設計師陳善廣說：“合理的營養(yǎng)供給，適當?shù)膴蕵飞睿己玫男睦碇С?，這些也是保障航天員在較長時間飛行中保持良好的生理和精神狀態(tài)的重要因素?！?/p>

航天員系統(tǒng)的第三大突破是建立了初具規(guī)模的航天醫(yī)學空間實驗體系以及相關技術平臺。陳善廣總師說，人進入太空后要面臨很多挑戰(zhàn)，要實現(xiàn)長期在軌飛行，還要解決很多航天醫(yī)學的問題。在這次飛行中，將開展心腦功能的研究、供給系統(tǒng)的研究、認知功能的研究，也開發(fā)了具有自主產權的相關實驗設備。

對航天員來說，這次任務主要面臨三大難點。一是航天員要進行手控交會對接，難度很大。二是在軌飛行時間較長，對航天員身體、心理、操作技能要求更高。駐留時間的延長，對航天員適應太空生活的要求更高，對相應產品也提出了更高要求。三是中國女航天員首次飛天，這帶來了一系列產品以及相關保障的改變。此外，空間實驗內容新、操作多、操作難度很高，這些也是一大挑戰(zhàn)。

在神舟－9與天宮－1交會對接任務中，3位航天員還將承擔15項與航天醫(yī)學相關的空間實驗，其中最主要的有5項。

6月18日，北京航天飛控中心大屏幕顯示的航天員景海鵬在天宮—1實驗艙內的畫面

航天食品加熱裝置 （秦憲安/攝）

一是航天飛行對前庭眼動、心血管及腦高級功能影響的研究。在神舟－9任務飛行前、中、后，同步檢測動脈脈搏波、靜脈脈搏、腦電和眼動。這是我國在微重力環(huán)境下首次進行的系統(tǒng)(人體)生理學研究實驗。這項試驗將促進對失重生理效應機理的系統(tǒng)認識，其研究結果將為后續(xù)載人航天任務失重生理效應防護措施的制定提供理論依據(jù)。

二是失重生理效應防護的細胞學機制研究。成骨細胞功能下降是空間骨丟失的重要原因，而成骨細胞功能受到包括細胞因子在內的各種因素調控。實驗的目的在于探討失重條件下整合素與細胞因子對成骨細胞的調節(jié)作用。這次研究將解決細胞培養(yǎng)回路中多種試劑時序加注難題，聚焦成骨細胞對成骨因子的響應性變化，為針對關鍵細胞信號分子開發(fā)相關的靶標藥物以及制定預防措施奠定基礎。

三是空間骨丟失防護技術研究。在組合體飛行階段，航天員采用了對人體無損、高效、耗能低，質量輕，體積小、使用方便的力刺激儀進行力刺激防護，增加骨間隙液流增強骨細胞活性，從而達到對抗空間骨丟失的效果。在交會對接任務中開展空間骨丟失防護技術研究，不僅可積累我國航天員中期空間飛行的骨代謝數(shù)據(jù)，而且可驗證基于力刺激原理的骨丟失對抗儀的空間適用性，為中長期空間飛行導致的骨丟失防護研究提供技術支持。

四是在軌有害氣體采集與分析。利用我國自主研制的有害氣體采集設備，實時采集在軌飛行中艙內的微量揮發(fā)性氣體，返回地面進行分析，用于分析目標飛行器艙內的空氣質量，可以對天宮－1內的微量有害氣體進行評估，了解飛行器內污染水平。

五是航天員在軌質量測量。3名航天員將使用我國自主研制的質量測量儀對人體質量進行測量，其基本原理是基于牛頓第二定律的線性加速度方法，結合光學、力學、電子、工效、機械和材料學等先進的技術應用，精度可達到被測物體質量的±1%。質量測量儀的成功運用，填補了我國在軌質量測量技術的空白。

除了上述5項實驗之外，還將首次開展在軌微生物檢測、失重條件下?lián)錈嵯⑼吹乃幋鷦恿W研究、航天員睡眠－清醒生物周期節(jié)律監(jiān)測等10項航天醫(yī)學空間實驗?！?/p>