∕沈羨云
2021年10月16日,神舟十三號載人飛船成功發(fā)射,開啟了中國迄今時間最長的載人飛行。3位航天員翟志剛、王亞平、葉光富踏上為期半年的太空之旅,中國空間站也迎來第二批航天員及首位女航天員。神舟十三號載人飛船實現(xiàn)多個首次:首次與3艙組合體自主快速徑向交會對接;首次長期在軌???個月,實現(xiàn)4個載人航天器形成的組合體的長期在軌飛行;首次具備天地結合、多重保證的應急救援能力等。
主要任務
神舟十三號載人飛行任務是空間站關鍵技術驗證階段第6次飛行任務,也是該階段最后一次飛行任務。在長達6個月的太空生活中,航天員完成了以下5方面的任務:
1.開展機械臂輔助艙段轉位、手控遙操作等空間站組裝建造關鍵技術試驗;
2.進行2、3次出艙活動,安裝大小機械臂雙臂組合轉接件及懸掛裝置,為后續(xù)空間站建造任務做準備;
3.進一步驗證航天員在軌駐留6個月的健康、生活和工作保障技術;
4.進行航天醫(yī)學、微重力物理領域等科學技術實驗與應用,開展多樣化科普教育活動;
5.全面考核工程各系統(tǒng)執(zhí)行空間站任務的功能、性能,以及系統(tǒng)間的匹配性。
緊急撤離演練
至2021年 11月7日, 神舟十三號航天員乘組已在軌工作、生活了20余天。這些天,3名航天員的工作緊張而有序,先后開展了貨運飛船物資轉移、空間站組合體管理、新上行艙外服啟封和測試、在軌醫(yī)學檢查、失重防護鍛煉等日常工作,并進行了機械臂操作、醫(yī)療救護演練等在軌訓練項目。11月7日,神舟十三號3名航天員除了為首次出艙任務做準備,他們還進行了首次在軌緊急撤離演練。
太空環(huán)境復雜又危險,空間站面對的主要威脅之一是來自外部碎片的撞擊,萬一空間站被碎片擊穿了會發(fā)生什么?空間站外邊接近真空,站內大約有1個大氣壓。假如最里邊的艙壁被擊穿,空氣會很快從破洞里向外噴射出去,就會造成空間站內部氣壓下降。這一次演練主要是模擬核心艙遭遇撞擊,內部產生了失壓的情況,3名航天員必須緊急撤離到神舟十三號返回艙中。這只是天宮空間站里一次例行演習,模擬遭受空間碎片撞擊后一整套的檢查、補救以及緊急撤離流程。
演練以空間站失壓報警開始,翟志剛迅速通過儀表進行判斷,葉光富則迅速打開應急氣瓶,確保艙內壓力穩(wěn)定。把應急氣瓶打開后,兩名航天員馬上進行初步判斷哪個地方出現(xiàn)了泄漏。如果沒有發(fā)現(xiàn)漏洞的話,盡快去看看載人飛船有沒有泄漏,如果載人飛船沒有泄漏,要進行各自艙門關閉處置。最后,王亞平迅速關閉天舟二號和三號的艙門。3人緊密配合,用了幾分鐘的時間,就全部撤離到神舟十三號返回艙內。整個演練天地配合順暢,處置快速得當。
這一次演練意義重大,不僅表現(xiàn)出我國空間站目前的各項緊急措施和方案準備妥當,也鍛煉了航天員的危機意識,即隨時需要在緊急情況中做出判斷和決策。
出艙活動
太空出艙被形容為“太空漫步”,是空間站時代航天員的必備技能,看似浪漫,卻充滿風險。在嚴酷的空間環(huán)境中,任何一點故障都可能導致出艙活動失敗,甚至威脅到航天員的身體健康和生命安全。太空出艙可謂神舟十三號航天員空間站任務的“重中之重”。
第一次出艙活動是在2021年11月7日,在完成緊急撤離演習后,神舟十三號航天員又投入緊張的出艙活動。翟志剛、王亞平身著我國新一代“飛天”艙外航天服,先后從天和核心艙節(jié)點艙成功出艙。這是中國首位出艙航天員翟志剛時隔13年后再次進行出艙活動,王亞平也成為中國首位進行出艙活動的女航天員,邁出了中國女性艙外太空行走第一步。其間,在艙內的葉光富配合支持兩位出艙航天員開展艙外操作。
航天員出艙活動期間,天地間大力協(xié)同、艙內外密切配合,約6.5小時后,神舟十三號航天員圓滿完成了機械臂懸掛裝置與轉接件安裝、艙外典型動作測試等出艙活動全部既定任務。在機械臂級聯(lián)裝置安裝過程中,首先安裝在核心艙艙壁上的懸掛裝置帶有巧妙的抱爪結構,用于捕獲和存放雙臂組合轉接件,并為它提供供電保證。懸掛裝置安裝完成后,翟志剛輕推雙臂組合轉接件進入卡口位置,懸掛裝置在指令遙控下,通過抱爪結構準確地將轉接件抓住,并將其“擁入懷中”。機械臂的安裝為后續(xù)實現(xiàn)“擎天巨臂”組合打下基礎。
翟志剛、王亞平安全返回天和核心艙后,與艙內的葉光富激動地擁抱在了一起,出艙活動取得圓滿成功。這次出艙活動進一步檢驗了我國新一代艙外航天服的功能、性能,檢驗了航天員與機械臂協(xié)同工作的能力及出艙活動相關支持設備的可靠性與安全性。
第二次出艙活動是在2021年12月27日,翟志剛、葉光富再次成功出艙。無垠星空中,葉光富初次體驗太空出艙,翟志剛完成了他的第三次出艙,王亞平則在核心艙內首次操控機械臂,支持兩位出艙航天員開展艙外作業(yè)。地面支持團隊的悉心守護和引導,艙內外配合,加上艙外航天服的保護,讓神舟十三號航天員乘組圓滿完成長達6小時的第二次出艙任務,并為后續(xù)出艙活動進一步積累了經驗。
艙外活動期間,航天員先后完成了全景相機C抬升、艙外作業(yè)點腳限位器安裝及相關工效驗證、攜物轉移驗證等任務,同時,進一步驗證了核心艙氣閘艙、艙外服、機械臂的功能、性能,進一步考核了出艙活動相關技術、艙內外航天員協(xié)同以及天地協(xié)同能力,為后續(xù)出艙活動進一步積累了經驗。
交會對接
2022年1月8日7時55分,經過約2小時,神舟十三號航天員乘組在地面科技人員的密切協(xié)同下,在空間站核心艙內采取手控遙操作方式,圓滿完成了天舟二號貨運飛船與空間站組合體交會對接試驗。 這是我國航天員首次在軌進行手控遙操作試驗。
試驗開始后,神舟十三號航天員乘組在核心艙發(fā)出控制指令,讓天舟二號先與核心艙分離,然后航天員手動控制整個貨運飛船的位置和姿態(tài),撤到前向的一定距離,短暫停泊后,轉入平移靠攏段。然后,再次控制它與空間站對接,一直到鎖緊完成。 整個“駕駛”過程中,航天員的視角是從飛船“看向”空間站的,就如同航天員坐在貨運飛船里“開飛船”一樣。
遙操作交會對接試驗對于空間站的建造非常重要。載人飛船可以通過航天員駕駛飛船,手動操作與空間站完成對接。而貨運飛船則不同,一旦自動交會對接功能失效,貨運飛船將無法和空間站對接,導致任務失敗,所以貨運飛船必須具備遙控操作的功能,與自動交會對接技術互為備份。此次試驗,初步驗證了空間站與來訪飛行器手控遙操作系統(tǒng)的功能、性能以及天地間協(xié)同工作程序的合理性。
與載人飛船的手控交會對接相比,貨運飛船的手控遙操作有著自己的難點和特點。在操作的響應速度和運動的敏捷性上,載人飛船與貨運飛船有區(qū)別:載人飛船的手控如同“開轎車”,貨運飛船的手控遙操作則像“開貨車”。其原因有二:一是貨運飛船的手控遙操作需要把貨運飛船上攝像機“看到”的圖像傳到空間站,空間站上的航天員需要把指令傳回給貨運飛船,一來一回,就造成了航天員反應和執(zhí)行指令的延時;二是貨運飛船要比載人飛船重,平移加速度小,因此動作不敏捷。在以后的例行飛行中,交會對接將采用自控為主、手控為輔的方式,以減輕航天員的負荷。在自動控制出現(xiàn)故障或遭遇突發(fā)事件(如面臨軌道碎片碰撞危險)的情況下,航天員將手動介入,執(zhí)行飛行命令。
神舟十三號載人飛船已于2022年4月16日返回地面,隨后我國將再執(zhí)行6次發(fā)射任務,中國空間站將迎來問天實驗艙、夢天實驗艙以及神舟十四號載人飛船,此后中國空間站將由“建設階段”轉為“實用階段”,中國空間站也將對外開放,迎來外國航天員。
(李恒克摘自《百科知識》2022年第4期)