文/于遠航

▲ 神舟十三號飛船徑向交會對接示意圖

4月16日10時許，東風著陸場，神舟十三號載人飛船返回艙懸掛于巨大的紅白色降落傘之下，于天際飄然下落?！疤粘霾睢卑肽甑暮教靻T翟志剛、王亞平、葉光富平安返回了闊別已久的祖國大地，感覺良好！3人在空間站組合體工作生活了183天，創(chuàng)下了中國航天員連續(xù)在軌飛行時長的新紀錄。至此，中國空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段完美收官，即將轉(zhuǎn)入在軌組裝建造階段。

神舟十三號飛船任務是我國組織實施的第八次載人航天飛行。在此期間，3名航天員在地面支持下，圓滿完成了2次出艙活動、2次“天宮課堂”太空授課活動，開展了多項科學技術(shù)試驗與應用項目，實現(xiàn)了多個首次，不斷刷新著中國航天的新紀錄，還貢獻了令大眾興趣盎然、驚喜連連的溫馨瞬間。

“天上”工作忙

3名航天員的主要任務是進行各種空間實驗和測試，既有“高大上”的太空生物細胞實驗等，又有科普趣味十足的2次太空授課實驗，還有直接用航天器當“小白鼠”的新測試。

為適應空間站組合體不同構(gòu)型及來訪航天器不同的?？繝顟B(tài)，神舟十三號飛船乘組首次驗證了徑向交會對接技術(shù)，飛船從空間站核心艙下方接近。

以往，飛船與空間站核心艙前向?qū)?、后向?qū)?，是在同一軌道水平面上，運動狀態(tài)比較穩(wěn)定。但在徑向?qū)舆^程中，由于兩者軌道高度存在偏差，速度不一樣，有必要在接近過程中時刻調(diào)節(jié)飛船在徑向方向的速度、位置，還要控制飛船在速度方向的角度。這種對接過程處于動態(tài)變化中，需要控制系統(tǒng)實時敏銳地感應到空間站核心艙的位置，并實時控制。

徑向?qū)又饕菫楹教靻T乘組快速輪換做準備。未來可能同時有2艘飛船對接到中國空間站，必須盡量完善航天員進駐空間站的通道和手段。據(jù)悉，神舟飛船為實現(xiàn)全方位與空間站對接，對發(fā)動機、控制系統(tǒng)和敏感器都進行了專門設(shè)計。

著眼于未來空間站組裝建造，神舟十三號飛船乘組還開展了艙段轉(zhuǎn)位、手控遙操作交會對接等關(guān)鍵技術(shù)試驗。

艙段轉(zhuǎn)位就是用機械臂將已經(jīng)對接在正前方艙口上的航天器抓取后，將其轉(zhuǎn)移，再對接在其他艙口上。這涉及到機械臂多節(jié)臂結(jié)構(gòu)、工作多角度、抓取力量、多軸關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和抓取后對接精度等多種因素。

我國空間站核心艙上的機械臂具有七自由度，能在前后左右的任何角度和部位抓取物體，模擬人體手臂的靈活轉(zhuǎn)動。1月6日凌晨，機械臂成功捕獲天舟二號貨運飛船，讓飛船與核心艙解鎖分離后，機械臂拖動飛船以核心艙節(jié)點艙球心為圓心，進行平面轉(zhuǎn)位，再反向操作，直至貨運飛船與核心艙重新對接并鎖緊。我國首次利用空間站機械臂操作大型在軌飛行器進行轉(zhuǎn)位試驗，驗證了空間站艙段轉(zhuǎn)位技術(shù)和機械臂大負載操控技術(shù)。

手控遙操作交會對接是無人航天器自動交會對接的備份手段。1月8日7時55分，中國航天員首次在軌利用手控遙操作設(shè)備，控制天舟二號貨運飛船與空間站進行交會對接，初步驗證了系統(tǒng)功能、性能及天地間協(xié)同工作程序的合理性。

出艙行走有女將

航天員最為引人注目的活動當屬出艙太空行走，漂浮在蒼茫深邃的太空中，在陽光照耀下如此奪目。神舟十三號飛船的重要任務就是要開展航天員出艙活動，安裝大小機械臂雙臂組合轉(zhuǎn)接件及懸掛裝置，為后續(xù)空間站在軌組裝建造打好基礎(chǔ)。

2021年11月8日1時16分，神舟十三號飛船乘組進行了第一次出艙活動，翟志剛、王亞平著“飛天”艙外服進行艙外作業(yè)，葉光富在艙內(nèi)配合支持。經(jīng)過約6.5小時出艙活動，圓滿完成全部既定任務。

值得一提的是，這是中國航天史上首次有女航天員參加出艙活動。經(jīng)過天地大力協(xié)同、艙內(nèi)外密切配合，航天員先后完成了機械臂懸掛裝置與轉(zhuǎn)接件安裝、艙外典型動作測試等任務，全過程順利圓滿，進一步檢驗了我國具備防護宇宙有害環(huán)境等功能的“飛天”艙外航天服，證明了航天員與機械臂協(xié)同工作的能力，以及出艙活動支持設(shè)備的可靠性與安全性。

▲ 天舟二號貨運飛船在機械臂拖動下轉(zhuǎn)位

2021年12月26日，神舟十三號飛船乘組完成了約6小時的第二次出艙任務。葉光富首次出艙，率先出艙，與翟志剛在艙外協(xié)同作業(yè)。駐守艙內(nèi)的王亞平配合地面操控機械臂，提供支持。

據(jù)悉，航天員這次完成了全景相機C抬升、艙外作業(yè)點腳限位器安裝及相關(guān)工效驗證、攜物轉(zhuǎn)移驗證等任務，進一步驗證了空間站核心艙氣閘艙、艙外服、機械臂的功能和性能，考核了出艙活動相關(guān)技術(shù)、艙內(nèi)外航天員協(xié)同及天地協(xié)同能力。

艙外作業(yè)逐漸成為中國空間站工作常態(tài)，后續(xù)中國航天員將開展次數(shù)更多、更為復雜的出艙活動，助力空間站完成建造及穩(wěn)定運營。

太空跨年深情寄語

神舟十三號飛船任務期間，中國航天員首次在太空跨年。2022年元旦，他們在空間站上成功舉辦了“京港澳天宮對話”活動和首次“天宮畫展”，與廣大青少年開展天地互動交流。

在浩瀚太空中，3位航天員迎來了2022年第一縷曙光。指令長翟志剛以新發(fā)型迎接新年新挑戰(zhàn)，3位航天員共擺pose，慶祝在軌跨年，相互支撐著在太空中定格大大的“V”字。

▲ 王亞平出艙太空行走

▲ 航天員們喜慶過年，祝福北京冬奧會

新年元旦，神舟十三號飛船乘組與來自北京、香港、澳門的約500名青年學生進行了別開生面又富有意義的天地互動交流活動。當時活動以“青春”“夢想”“奮斗”為關(guān)鍵詞，3人結(jié)合自身飛天感受，真摯地與學生共話“太空夢”，一起向未來。

活動期間，神舟十三號飛船乘組還帶領(lǐng)青年學生參觀了以“青春與星空對話”為主題的特殊畫展。這是在中國空間站首次舉行“太空畫展”，20余幅祖國中西部地區(qū)青少年創(chuàng)作的太空主題繪畫作品亮相“天宮”，在電視前觀看活動直播的小畫家們露出了欣喜的笑容。

空間站跨年活動充分發(fā)揮了載人航天工程在弘揚愛國主義、提振民心士氣、堅定中國自信等方面的特殊優(yōu)勢，在廣大青少年心中播撒了仰望星空、飛天逐夢的精神火種。

飛天過大年

貼春聯(lián)、掛福字、吃餃子、看春晚……這些春節(jié)傳統(tǒng)習俗出現(xiàn)在太空中，會是怎樣的一番景象呢？作為首次在太空過春節(jié)的中國航天員，他們在“太空之家”辭舊迎新，向全世界展示了年味十足的中華傳統(tǒng)文化。

新年換新裝是過年必不可少的“儀式感”。這一天，葉光富換上喜慶的紅衣，格外精神，成就“宇宙級神顏”。穿著新衣服的航天員們拿出中國結(jié)、閃耀的福字、喜慶的春聯(lián)，親手裝扮出喜慶紅火的中國空間站，寓意新的一年風調(diào)雨順，虎虎生威。

指令長翟志剛筆下生風，“九州納?！避S然紙上，并將大字貼于核心艙內(nèi)。中國風與科技感的完美結(jié)合，成為浩瀚太空一道靚麗風景。

中國人的春節(jié)，一頓豐盛美味的年夜飯必不可少。中國人在太空也不能例外。在廣大網(wǎng)友的參與互動下，“航天員吃餃子”得票率最高。這熱鬧的一餐讓萬家燈火上空的中國空間站充滿了家的味道。只見3位航天員用筷子引著漂浮的餃子，往嘴前一飄，使得中華傳統(tǒng)濃郁的年味以科幻的太空風格展現(xiàn)。

吃飽喝足之后，指令長翟志剛請地面工作人員將春晚信號上行。3位航天員圍坐在一起，看得津津有味，欣賞精彩絕倫的歌舞，愉悅身心，緩解了對故鄉(xiāng)、家人的思念。

太空書法藏奧妙

關(guān)于在太空寫字，有個流傳很廣的段子：美國宇航局花費數(shù)百萬美元，研制出特殊鋼筆，后來問俄羅斯同行在太空中用什么高科技設(shè)備寫字？俄羅斯人輕松地透露：“拿鉛筆?！边@個笑話從側(cè)面反映出在太空中寫字不容易。

其實，鋼筆、圓珠筆在太空中可以寫字，但早期這類筆會出現(xiàn)漏墨。在失重狀態(tài)下，墨水會飛得到處都是，存在較大的安全隱患。美國經(jīng)過多年摸索研究，安全的圓珠筆、滾珠墨水筆和馬克筆均成為常見的太空書寫工具。

至于鉛筆，早期航天員的確用過，通過其石墨鉛芯與紙張摩擦，留下字跡。不過，鉛筆會產(chǎn)生一些粉末，一旦附著在電路上，有可能引起危險的短路，所以在太空中很少使用鉛筆。

中國航天員在太空中揮灑毛筆，酣暢潑墨，給太空書寫帶來了新思路。因為毛筆與其他工具的書寫原理不一樣，它是通過人手向下的力量，將筆毫存儲的墨水擠壓到紙上，雖然大環(huán)境內(nèi)沒重力，但存在人為施加的力。

此外，中國書法通常用宣紙，就是因為宣紙的吸水性能好，洇暈效果最佳。試想一下，毛筆與宣紙接觸的瞬間，下壓的力量將墨水擠出筆毫，同時宣紙又對墨水有吸力，兩力合在一起，書寫就非常順暢了。

▲ 王亞平飄浮彈箏

▲ 翟志剛懸空秀書法

▲ 葉光富太空洗頭

在中國空間站執(zhí)行過任務的6位航天員都曾在太空中留下墨寶。無論是劉伯明用毛筆“點亮”理想，還是翟志剛用力書寫美好祝福，筆鋒的力度充分傳遞了中國人心中的溫度。

“天宮”健身不能少

研究發(fā)現(xiàn)，在太空失重狀態(tài)下，人體骨骼不必承受在地球表面那么大的壓力，鈣質(zhì)緩慢流失，造成骨質(zhì)疏松。由于肺部血液分布和肺擴張能力受到影響，呼吸能力也會下降。為保持健康，航天員會用很多方法來對抗失重的生理效應，鍛煉健身就是很重要的一部分。

在中國空間站上，有太空跑臺。與地面不同的是，它增加了重力模擬裝置，施加一定的壓力，將航天員束縛在跑步機上。航天員在這種跑步機上近似在正常重力環(huán)境下運動，鍛煉了骨骼肌，并“壓迫”骨骼，刺激了骨細胞重建。

空間站上還有輛太空動感單車，航天員腿部運動幅度并不是一成不變的，通過調(diào)節(jié)間歇或沖刺的運動狀態(tài)，刺激航天員心率的閾值，增強心血管調(diào)節(jié)能力。在“升級版”蹬車運動中，航天員佩戴著專用的呼吸器來強化心肺功能，還有專門的上肢鍛煉模式裝置來改善全身鍛煉效果。

航天員們的運動可謂是“因地制宜，無處不在”，而其中最重要的角色就是拉力帶，主要用于鍛煉肩部和背部肌肉。所以說，航天員的每個動作都是有設(shè)計方案的，對于骨骼和肌肉都能起到刺激和鍛煉的作用。

長期飛行的航天員每天運動時間一般不少于2小時。有規(guī)律的、持之以恒的鍛煉，可以顯著提高航天員在長期失重狀態(tài)下的工作能力，防止心血管功能失調(diào)、骨質(zhì)脫鈣、肌肉萎縮等。

失重洗頭大不同

航天員鍛煉、工作都難免出一身大汗，此次神舟十三號飛船飛天任務達183天，很多人比較好奇：這么長的時間里，他們?nèi)绾蜗搭^呢？指令長翟志剛表情生動地講述了洗頭的全過程。

▲ 翟志剛打太極健身

首先就是用頭罩包住腦袋，里面裝有洗發(fā)液。然后，航天員充分揉搓頭發(fā)，再把頭罩廢棄，另換個頭罩，這次里面含有水。航天員再繼續(xù)揉搓頭發(fā)，用完再扔頭罩。最后，航天員取個干頭罩，套在頭上，再揉搓頭發(fā)，直到干燥，洗頭完畢。

看起來不像地球上洗頭那么痛快，是不是？其實航天員們并不需要每天洗頭，等到頭發(fā)出油，或一些人體分泌物累積到了一定程度，才會洗頭。畢竟在地面上灰塵、油煙等容易弄臟頭發(fā)，而空間站是微重力環(huán)境，灰塵顆粒很少粘在頭發(fā)上，耐臟程度要遠高于地面上。

而在國際空間站上，航天員們很少用頭套，直接在頭發(fā)附近擠出一些水，然后擠出干洗發(fā)液，均勻涂抹在頭發(fā)上，再用梳子梳頭，并用毛巾擦干，之后反復用水和梳子對頭發(fā)進行護理。這種洗發(fā)液非常粘稠，會吸附在頭發(fā)上，不會到處飄散，航天員可以隨意搓揉頭發(fā)，不會起泡沫。

迄今，我國在空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段已經(jīng)圓滿完成了5次發(fā)射任務、2次回收任務、1次受控再入任務，以及航天員出艙、機械臂操作、飛船與空間站快速交會對接等任務，為空間站在軌組裝建造奠定了良好基礎(chǔ)。

不遠的將來，地面技術(shù)人員將對空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證情況進行全面評估，中國空間站轉(zhuǎn)入在軌組裝建造階段，執(zhí)行2艘貨運飛船、2艘載人飛船、問天實驗艙和夢天實驗艙的發(fā)射任務，全面掀起空間站在軌建設(shè)高潮。