沈羨云

神舟十四號的多個“首次”

神舟十四號乘組由航天員陳冬、劉洋和蔡旭哲組成，其中陳冬擔(dān)任總指令長。陳冬、劉洋圓了再度進(jìn)入太空的愿望，蔡旭哲則是經(jīng)歷12年的苦練和準(zhǔn)備，終于緊緊擁抱住了自己的飛天夢想。 神舟十四號乘組年富力強(qiáng)，3人均為“75后”，這是我國第二批航天員首次“組隊”飛行，也是我國開展載人飛行任務(wù)以來平均年齡最年輕的乘組。作為空間站從關(guān)鍵技術(shù)驗證轉(zhuǎn)入在軌建造階段后的首次載人飛行任務(wù)，神舟十四號乘組將見證歷史，并創(chuàng)造我國載人航天史上的多個“首次”。

他們將成為首批進(jìn)駐實驗艙的航天員？

神舟十四號乘組將成為首批進(jìn)駐問天實驗艙和夢天實驗艙的航天員。中國空間站以天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三艙為基本構(gòu)型。其中，天和核心艙已于2021年4月29日發(fā)射升空，問天實驗艙于2022年7月發(fā)射，夢天實驗艙將于2022年10月發(fā)射。

三艙是一個整體而又各有分工：核心艙是空間站的管理和控制中心，同時承擔(dān)了航天員生活艙的職能；兩個實驗艙用于生物、材料、微重力流體、基礎(chǔ)物理等多領(lǐng)域的科學(xué)實驗，大部分科學(xué)實驗柜位于實驗艙內(nèi)。因此，兩個實驗艙將是航天員在軌主要的工作場所。先后進(jìn)入兩個實驗艙后，航天員將完成實驗艙14個機(jī)柜的解鎖、安裝等工作，并開展空間科學(xué)實驗。

他們將首次從主份氣閘艙出艙？

出艙活動是空間站建設(shè)與運(yùn)營階段的重要任務(wù)。盡管神舟十二號和十三號航天員都是通過天和核心艙節(jié)點艙出艙，但是由于中國空間站的主份氣閘艙位于問天實驗艙，神舟十四號乘組將成為第一批從問天實驗艙實施出艙活動的航天員。屆時，天和核心艙節(jié)點艙將用作備份氣閘艙。

為什么將主份氣閘艙放在問天實驗艙？航天員出艙活動期間，氣閘艙為真空狀態(tài)。航天員如果只能從核心艙節(jié)點艙出艙，位于三艙正中間的節(jié)點艙就把三艙隔斷了。萬一其中一個艙出現(xiàn)問題，航天員無法進(jìn)入另外兩個艙體，工作將無法開展。為什么設(shè)置兩個氣閘艙？保證人在太空的安全，永遠(yuǎn)是載人航天第一要務(wù)。在出艙過程中，如果主份氣閘艙出現(xiàn)問題，航天員能通過節(jié)點艙回到艙內(nèi)，保證出艙活動的安全可靠。這也是中國空間站多重安全措施互相備份的一項體現(xiàn)。

首次迎來太空“會師”

2022年12月，在神舟十四號任務(wù)末期，中國空間站將迎來神舟十五號飛船上行，并對接于天和核心艙前向端口。在交叉駐留期間，神舟十四號乘組將和神舟十五號乘組實現(xiàn)在軌工作交接，這是我國載人航天史上第一次太空“會師”，此后乘組在軌工作交接將實現(xiàn)常態(tài)化，中國空間站將持續(xù)有人值守。

他們將見證中國空間站建成？

此次出征的神舟十四號乘組堪稱“最忙太空出差三人組”，他們肩負(fù)著完成中國空間站在軌組裝建造的重要使命。在長達(dá)6個月的飛行中，神舟十四號乘組要經(jīng)歷的飛行工況極為復(fù)雜，包括9種組合體構(gòu)型，5次交會對接，3次分離撤離，2次轉(zhuǎn)位任務(wù)。在這個過程中他們要進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，必要的時候?qū)嵤┦挚夭僮鬟M(jìn)行交會對接。

神舟十四號有哪些新技術(shù)

作為我國空間站建造階段首次載人任務(wù)，神舟十四號載人飛船安全運(yùn)行的背后是技術(shù)的不斷改進(jìn)與迭代，其中飽含著科技人員的精心設(shè)計與集智攻關(guān)。

太空門廊“生命通道”

飛船與空間站交會對接成功后，航天員從飛船進(jìn)入空間站，并非像我們走進(jìn)家門一樣簡單容易。軌道艙前端主動對接機(jī)構(gòu)和核心艙的被動對接機(jī)構(gòu)之間長約1米的通道，是航天員進(jìn)入空間站的“門廊”。為了給航天員進(jìn)出自如的空間，設(shè)計人員為航天員搭建了一個直徑達(dá)80厘米的圓形通道。對接通道打開后，航天員相當(dāng)于進(jìn)入一個大的密封艙。

此外，神舟十四號載人飛船的密封圈采用雙圈設(shè)計，這種設(shè)計可以確保在零重力和惡劣的空間環(huán)境效應(yīng)情況下，不會從對接面脫落，使密封性能得到雙重保護(hù)。設(shè)計師對密封圈的材料也進(jìn)行了長達(dá)6年的攻關(guān)，解決了普通材料在低溫環(huán)境中的“脆變”特性以及長期工作后材料老化等一系列問題，為航天員打造了一條密不透風(fēng)的“生命通道”。

解決由“遮擋”帶來的控溫難題

神舟十四號載人飛船執(zhí)行任務(wù)期間，將經(jīng)歷空間站轉(zhuǎn)入三艙組合體飛行模式，先后經(jīng)歷一字構(gòu)型、L型構(gòu)型和T型構(gòu)型。由于位置特殊，神舟十四號飛船可能長時間處于太陽無法照射下的極低溫度環(huán)境，也可能局部區(qū)域持續(xù)受到太陽輻照，極端環(huán)境下，溫差可能達(dá)到200℃。據(jù)了解，本次任務(wù)中，在一字構(gòu)型下，最長可帶來19天的長周期全遮擋；而在L型構(gòu)型和T型構(gòu)型下，神舟十四號僅有兩三個很短的時間段能接受較好的光照，隨著太陽高度角的周期變化，還會出現(xiàn)一側(cè)太陽翼被全遮、另一側(cè)復(fù)雜遮擋的情況。這些過程給航天員的健康和飛船設(shè)備的供電系統(tǒng)帶來嚴(yán)峻考驗。

為應(yīng)對這些問題，設(shè)計人員除了在地面開展能量平衡仿真分析，充分驗證太陽電池翼、儲能蓄電池和充電控制措施能夠適應(yīng)工作條件的復(fù)雜變化外，還通過與飛船總體共同協(xié)作，制定了電源分系統(tǒng)動態(tài)在軌維護(hù)管理機(jī)制。同時，針對控溫難題，工程師們突破了飛船外避熱控涂層光熱性能選擇性設(shè)計與調(diào)控、熱控材料空間穩(wěn)定性設(shè)計與大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)界面結(jié)合控制等關(guān)鍵技術(shù)，研制了低吸收、低發(fā)射型熱控涂層。

返回艙圖像分辨率提升16倍

神舟載人飛船返回艙是航天員在飛船發(fā)射、交會對接以及返回地面階段需要乘坐的飛船艙。與在軌的空間站不同，返回艙和地面之間的通信鏈路資源極其有限，傳統(tǒng)的視頻通信技術(shù)嚴(yán)重影響了返回艙圖像的分辨率和畫質(zhì)。在神舟十三號及以前的飛船中，返回艙圖像的有效分辨率僅為352×288像素，難以適應(yīng)高分辨率、大屏顯示的畫面要求。神舟十四號載人飛船首次使用了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳楓教授課題組研制的流媒體圖像質(zhì)量增強(qiáng)系統(tǒng)，顯著提升了圖像的清晰度和畫質(zhì)，將圖像的分辨率提升至1920×1080像素，圖像峰值信噪比提高4分貝以上。圖像質(zhì)量增強(qiáng)系統(tǒng)在神舟十四號載人飛船的待發(fā)段、發(fā)射段、上升段和交會對接段全程使用，后期能夠用于神舟十四號載人飛船的返回段以及神舟系列載人飛船的后續(xù)任務(wù)。