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        九霄逐夢 神舟再問天

        2021-02-17 07:22:42
        發(fā)明與創(chuàng)新 2021年41期
        關(guān)鍵詞:神舟航天員載人

        時隔僅1個月,天和核心艙又迎來新“太空出差三人組”。10月16日0時23分,長征二號F 遙十三運載火箭從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心起飛,成功將載有3名航天員的神舟十三號載人飛船送入預定軌道。航天員進駐核心艙后,將按照天地同步作息制度進行工作生活,6個月后,搭乘飛船返回東風著陸場。

        10月16日凌晨,在100多盞聚光燈的照射下,酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場燈火通明。燈火之外的暗夜里,隱沒著無邊無盡的廣闊大地。

        比大地還要廣闊的是天空。秋夜星河燦爛,其中最亮的那組“星”,無疑是中國空間站。

        比天空更加廣闊的,是人的胸懷與夢想——翟志剛、王亞平、葉光富三位中國航天員乘神舟十三號再征太空,開始我國迄今為止時間最長的載人飛行。

        作為中國空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段的決勝之戰(zhàn)、收官之戰(zhàn),和空間站在軌建設(shè)過程中承前啟后的關(guān)鍵之戰(zhàn),神舟十三號開啟了中國空間站有人長期駐留的時代。中國載人航天事業(yè)再樹里程碑,中華民族在蒼茫宇宙間有了新的坐標點。

        發(fā)射——一年兩連發(fā),火箭“站立”時長創(chuàng)紀錄

        執(zhí)行本次任務前,長征二號F 遙十三運載火箭作為中國航天史上首枚集應急救援和發(fā)射任務于一身的火箭,剛剛結(jié)束了長達90天的應急值班“站崗”。實際上,從“起立就位”算起,再加上發(fā)射準備時間的話,這枚火箭足足“站”了5個多月,站立時長創(chuàng)中國火箭之最。

        按照空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證及建造階段任務安排,長二F 遙運載火箭需要采取“發(fā)射1發(fā)、備份1發(fā)”即“滾動備份”發(fā)射模式。長二F 遙十三火箭在遙十二火箭發(fā)射后作為備份進行應急救援值班,在神舟十三號任務中執(zhí)行應急轉(zhuǎn)正常任務的發(fā)射。

        長征二號F 遙火箭總體主任設(shè)計師常武權(quán)說:“本次任務中,我們在保證可靠性的前提下,探索實施了兩發(fā)火箭發(fā)射場流程的并行與優(yōu)化,預計可以將發(fā)射準備時間縮短20%左右。另外,我們還為全新的測發(fā)流程進行了技術(shù)儲備?!?/p>

        一年完成兩次載人發(fā)射,在中國載人航天工程的歷史上尚屬首次,而這還只是個開始。

        常武權(quán)介紹,長二F 遙火箭不僅在今明兩年計劃執(zhí)行4次發(fā)射任務,未來幾年,還將繼續(xù)以每年兩發(fā)的高頻率執(zhí)行發(fā)射任務,在我國空間站在軌建造、運營過程中擔綱重任,可以說“今后一年兩發(fā)會成為常態(tài)”。

        高密度任務常態(tài)化執(zhí)行也給酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場帶來了挑戰(zhàn)。

        酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心高級工程師賀鵬舉說:“按照‘滾動備份’模式,在飛行任務執(zhí)行之前,發(fā)射場要完成待命救援飛船和火箭的準備,具備待命發(fā)射狀態(tài)。按照航天員在軌飛行6個月,我們需要執(zhí)行兩次載人飛行發(fā)射任務,意味著要完成四個輪次的飛船和火箭測試?!本仍l(fā)射值班狀態(tài)的火箭和飛船還需要長期保持技術(shù)狀態(tài),定期開展測試檢查和性能維護。

        賀鵬舉說:“在待命狀態(tài)解除之后,我們必須立即進行技術(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換,按照正式飛行任務狀態(tài)開始全系統(tǒng)、全流程的全面檢查,確保經(jīng)過長期停放的飛船和火箭不帶任何故障?!?/p>

        本次發(fā)射是長征系列運載火箭的第392次發(fā)射(圖/中國航天科技集團)

        任務——與神舟十二號任務大不同

        中國載人航天工程新聞發(fā)言人、中國載人航天工程辦公室副主任林西強介紹,在完成神舟十三號載人飛行任務及工程全系統(tǒng)綜合評估后,工程將全面轉(zhuǎn)入空間站建造階段。

        空間站建造階段共規(guī)劃實施6次飛行任務,包括天舟四號貨運飛船、神舟十四號載人飛行任務、問天實驗艙發(fā)射任務、夢天實驗艙發(fā)射任務、天舟五號貨運飛船、神舟十五號載人飛行任務。其間,問天實驗艙和夢天實驗艙將與天和核心艙對接,進行艙段轉(zhuǎn)位,中國將在2022年底前完成空間站三艙組合體建造。

        神舟十三號載人飛行任務是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段第六次飛行任務,是該階段的決勝之戰(zhàn)、收官之戰(zhàn),也是空間站在軌建設(shè)過程中承前啟后的關(guān)鍵之戰(zhàn)。

        進駐天和核心艙的航天員翟志剛(中)、王亞平(右)、葉光富向全國人民揮手致意(新華社 田定宇 攝)

        與神舟十二號任務相比,神舟十三號任務主要有六大不同:一是載人飛船將采用自主快速交會對接的方式,首次徑向停靠空間站;二是屆時中國空間站將實現(xiàn)核心艙、2艘貨運飛船、1艘載人飛船共4個飛行器組合體運行;三是航天員將首次在軌駐留6個月,這也是空間站運營期間航天員乘組常態(tài)化駐留周期;四是中國女航天員將首次進駐中國空間站,航天員王亞平會成為中國首位實施出艙活動的女航天員,而神舟十三號乘組也將包括中國首次出艙的男女航天員;五是在神舟十二號任務的基礎(chǔ)上,進一步開展更多的空間科學實驗與技術(shù)試驗,產(chǎn)出高水平科學成果;六是實施任務的飛船、火箭均在發(fā)射場直接由應急待命的備份狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)射狀態(tài)。

        林西強說,載人航天作為有人參與的航天探索活動,空間站作為國家級太空實驗室,蘊含著得天獨厚、極為豐富的科普教育資源,對廣大民眾特別是青少年具有極大吸引力。在總結(jié)和發(fā)展載人航天科普工作有益經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,在此次任務中,工程總體策劃了形式更加多樣的科普教育活動,航天員王亞平將為大家?guī)怼疤帐谡n”第二課。

        飛船——采用自主快速交會對接,首次徑向??靠臻g站

        神舟十三號載人飛船在發(fā)射后6.5小時后,采用自主快速交會對接模式,成功對接于天和核心艙徑向端口。與此前已對接的天舟二號、天舟三號貨運飛船一起,構(gòu)成了四艙(船)組合體。隨后,3名航天員從神舟十三號載人飛船順利進入天和核心艙。

        自神舟八號飛船任務以來,5艘飛船與目標均為軸向?qū)?,即從水平方向與核心艙對接。神舟十三號首次與49噸級的空間站組合體進行徑向?qū)?,徑向與軸向的夾角呈90度。

        據(jù)介紹,徑向交會對接有“三大難點”。一是持續(xù)控制姿態(tài)和軌道“難”。對于前向、后向交會對接,其200米保持點是一個穩(wěn)定的保持點,即使發(fā)動機不工作,飛船也能較長時間保持穩(wěn)定的姿態(tài)和軌道。而徑向交會沒有穩(wěn)定的中途停泊點,需要持續(xù)對飛船的姿態(tài)和軌道進行控制,推進劑消耗大,故障處置難。

        二是姿態(tài)和相對位置確定“難”。神舟載人飛船配有敏感器,如同飛船的眼睛,通過觀察星星和預設(shè)的標志點等來確定自己的飛行姿態(tài)、與空間站的相對姿態(tài)、相對位置等。徑向交會過程中,飛船由平飛轉(zhuǎn)豎飛,大范圍的姿態(tài)機動對“眼睛”能看到目標和保證“眼睛”不被復雜光照變化所干擾,提出更高要求。

        據(jù)介紹,神舟十三號在徑向?qū)涌谕?繒r,太陽能帆板長期被空間站大型柔性太陽電池翼和大柱段艙體遮擋,導致載人飛船在光照區(qū)供電能力受到影響,需要空間站為飛船并網(wǎng)供電。軌道艙配電器為了滿足長期???,最大并網(wǎng)供電能力需達到1400W。

        中國電科太陽電池陣團隊研發(fā)場景(圖/中國電科)

        中國航天科技集團八院載人飛船系統(tǒng)副總設(shè)計師張崇峰介紹,對接機構(gòu)分為主動對接機構(gòu)和被動對接機構(gòu)。神舟載人飛船、天舟貨運飛船以及后續(xù)將發(fā)射的兩個實驗艙,均配置了對接機構(gòu)主動端,天和核心艙共配置了5個被動對接口,它們被稱為“對接五兄弟”。

        工人正在吊運神舟十三號載人飛船蒙皮用鋁合金板材(吳士強 攝)

        身處太空,“對接五兄弟”長時間暴露在空間輻射環(huán)境,需承受約88 000次、超過200℃的高低溫循環(huán)及低軌空間原子氧的剝蝕,經(jīng)過多頻次的對接與分離后,仍需確保安全可靠,這對技術(shù)的要求極高。

        航天員——在軌飛行6 個月,身心素質(zhì)將接受更大挑戰(zhàn)

        在軌駐留長達6個月,同時管理天和核心艙、神舟十三號載人飛船、天舟二號、天舟三號形成的組合體,這對神舟十三號飛行乘組來講,無論是身心素質(zhì)還是技術(shù)能力,都將經(jīng)受更大挑戰(zhàn)。

        飛行時間大大延長、身處特殊環(huán)境、任務量增加等因素相互作用,將影響航天員的身心健康,心血管系統(tǒng)、肌肉和骨骼系統(tǒng)等失重生理效應更加凸顯。

        載人航天工程航天員系統(tǒng)總設(shè)計師、航天員科研訓練中心研究員黃偉芬說:“比如,航天員出現(xiàn)睡眠障礙、疲勞、感染、胃腸道病癥及心血管功能調(diào)節(jié)等不適問題和應急醫(yī)學問題的概率會增高。”此外,長時間工作生活在狹小、密閉、隔離、振動、噪聲等復雜特殊環(huán)境中,航天員也可能面臨睡眠狀態(tài)變化、身心負荷過重等情況,心理狀態(tài)甚至工作能力都會受到影響。

        針對這些挑戰(zhàn)要求,航天員系統(tǒng)在選拔訓練,健康、工作、生活等駐留保障技術(shù)方面,進行了充分研究和準備。黃偉芬說:“根據(jù)不同時期、不同個體的身心特點,我們著力強化了每月對航天員健康狀態(tài)的定期全面評估,及時調(diào)整航天員失重防護鍛煉、營養(yǎng)配餐、心理支持等方案。”

        值得一提的是,針對女航天員參加飛行任務,工程通過分析女航天員的身心特點和個體需求,重點從生活保障、健康保障等方面開展了針對性的設(shè)計,以確保女航天員長期飛行、健康生活、高效工作。

        (1)設(shè)立學生小組:課程開始前,教師根據(jù)班級實際學生數(shù)量,學生根據(jù)自己的創(chuàng)業(yè)興趣愛好,各自的優(yōu)勢特長組成一個工作坊團隊,明確各自在團隊的工作職責與分工,為了保障每個工作坊團隊成員都能夠參與到創(chuàng)業(yè)活動中,大概的人員分配為:運營推廣1-2名、美工1-2名、客服與物流各1名,保障團隊人員數(shù)在4-6人左右最為合適,為后續(xù)課程中的創(chuàng)業(yè)項目運營和教學奠定堅實的基礎(chǔ)。

        “在完成既定訓練計劃的基礎(chǔ)上,我們還安排了‘神十三’乘組與‘神十二’乘組進行天地通話?!袷私M返回后,兩個乘組進行了充分交流,‘神十二’乘組分享了在軌獲取的經(jīng)驗和感受,特別是針對出艙活動交流了天地差異以及注意事項?!秉S偉芬說,“神十三”乘組對此開展了相應訓練,為提前進入狀態(tài)、順利執(zhí)行任務打下基礎(chǔ)。

        護航——最快8.5 天應急救援發(fā)射

        在神舟十三號成功發(fā)射的同時,由航天科技集團五院抓總研制的神舟十四號載人飛船也已經(jīng)完成發(fā)射前的全部工作,進入應急發(fā)射待命狀態(tài)。五院神舟團隊在6個月的時間里經(jīng)受住了三船工作并行開展的艱巨考驗。

        作為航天員實現(xiàn)天地往返的“生命之舟”,研制團隊開創(chuàng)了天地結(jié)合的應急救援任務模式,即每次有兩艘飛船進場,由后一艘飛船作為突發(fā)情況的生命救援之舟,具備8.5天應急發(fā)射進行太空救援的能力。

        最快8.5天的應急救援發(fā)射如何實現(xiàn)?事實上,8.5天應急救援發(fā)射流程,其中還包括48個小時的人員集結(jié)和準備工作時間。48個小時看似不短,但一支幾百人的試驗隊里,隊員來自天南海北,把這么多人在兩天內(nèi)輸送到一線遠比想象中困難。

        長征二號F運載火箭調(diào)度系統(tǒng)專門制定了一個名單,所有預備作為應急救援發(fā)射試驗隊隊員的人都在這個名單上。根據(jù)應急救援方案,兩個小時內(nèi)調(diào)度人員要到崗組建試驗隊,一個小時要通知到全員。

        另外,接到指令的時間具有高度的不確定性,可能在白天大家上班時,可能在某天深夜,也可能在一個節(jié)假日,為應急發(fā)射流程的管理又增加了難度。為了解決這個問題,調(diào)度系統(tǒng)在規(guī)劃人員基本集結(jié)路線的基礎(chǔ)上,制定了各種路線預案。比如一個隊員所在的城市航班比較少,那就提前安排好車輛將他送到臨近的大城市,以此確保每一名隊員都能夠在規(guī)定時間內(nèi)到崗。

        與此同時,調(diào)度人員還需要將備份產(chǎn)品、試驗設(shè)備、辦公用品、防護用品等各類必需的物資組織到位,以及協(xié)調(diào)發(fā)射場提前開始準備工作。也就是說,從接到指令起48個小時里,調(diào)度系統(tǒng)將做到讓全體試驗隊員穿上工作服,投入發(fā)射場工作。

        這個過程中,火箭團隊是以30分鐘為一個計數(shù)周期,每兩個小時為一個工作階段。不僅如此,每一項工作步驟都細化到工作時間、累計工作時間、所需崗位及人數(shù)、人員所屬中隊、定位廠房,安排得“明明白白”。(本刊綜合)■

        焦點熱評:

        飛天榮耀揮灑中國人的豪邁

        文/余建斌

        神舟十二號返回地球一個月后,神舟十三號接續(xù)飛往中國人自己的空間站。10月16日凌晨0時23分,頭頂大漠月色,3名中國航天員翟志剛、王亞平和葉光富乘坐神舟十三號載人飛船駛向星海,開啟為期半年的太空駐留?;鸺信e飛船騰空而去,照亮天穹,這一刻,凝結(jié)了探索與勇氣、創(chuàng)新與智慧的人類航天事業(yè),無疑是星空下、地球上最為浪漫的。

        飛天夢想的接力,將再次刷新中國空間站建造進度。神舟十三號載人飛行任務承上啟下,意義特殊。作為空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段第六次也是最后一次飛行任務,神舟十三號航天員在太空的半年“出差”和忙碌,將為空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證畫上句號,為空間站建造階段的開啟打下基礎(chǔ)。建造空間站、建成國家太空實驗室,是實現(xiàn)我國載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略的重要目標,是建設(shè)科技強國、航天強國的重要引領(lǐng)性工程。在這個目標的牽引下,如今第十三艘神舟飛船飛向太空,航天員第八次飛出地球,次數(shù)遞增的背后并不簡單,體現(xiàn)的是中國人在登天階梯上的不斷攀高。

        不斷刷新的飛天足跡,彰顯了中國航天在創(chuàng)新道路上一往無前的豪邁。2003年10月15日,楊利偉乘坐神舟五號飛船繞地球飛行,中華民族千年飛天夢圓;18年后的幾乎同一天,3名“神十三”航天員“太空出差”入住舒適的太空之家。18年間,從“一人一天”,到“三人半年”,從太空出艙,到空間站艙外維修……包含神舟十三號在內(nèi)的我國載人航天工程8次載人飛行,可以說次次都充滿挑戰(zhàn),但也次次都是創(chuàng)新、次次都是跨越。

        第一次飛往太空的“神十三”航天員葉光富期待著能從太空飽覽祖國的大好河山;到了太空的航天員會“感覺”地球的引力變得微乎其微,祖國的引力卻越來越重,凱旋的第一句話總是發(fā)自肺腑的“我為祖國感到驕傲”;神舟團隊自豪地喊出“以國為重”……正是有千千萬萬的航天工作者心懷“國之大者”接續(xù)奮斗,剛剛走過第六十五個年頭的中國航天事業(yè),才能渡過難關(guān)、跨過艱險,鑄就自立自強的奇跡,更令無數(shù)中國人對航天人衷心說上一句“你是我的榮耀”。新時代中國航天事業(yè)無數(shù)奮斗者、攀登者努力奔赴星辰大海,必將激勵每一個中國人為自己的夢想奔跑。

        人類探索太空的步伐永無止境。建造空間站,是中國航天事業(yè)的重要里程碑,將為人類和平利用太空作出開拓性貢獻。中國自主建造的空間站以“天宮”命名,寄寓著中國人的豪邁志氣和探索精神。航天員一次又一次在浩渺太空邁開腳步,中華民族追逐自己的飛天夢想勇往直前。(據(jù)《人民日報》)■

        執(zhí)行神舟十三號載人飛行任務的3名乘組航天員在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心問天閣與中外媒體記者集體見面(新華社 琚振華 攝)

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