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    神舟十三號乘組執行6個月任務 他們在空間站做了哪些工作?

    時間 2022-04-21 08:44:50 來源:北京日報客戶端  

    4月16日,神舟十三號載人飛船返回艙安抵達內蒙古東風著陸場。從2021年10月16日發射進入太空開始計算,由翟志剛、王亞、葉光富3名航天員組成的神舟十三號乘組共執行了6個月的空間站任務。在這6個月當中,他們在空間站都做了哪些工作?有哪些重要意義?我們邀請中國科學院文獻情報中心郭世杰副研究員為您做回顧和分析。

    (1)具備在軌緊急撤離能力

    首先,神舟十三號乘組任務的成功開展,讓我國在載人航天領域的綜合能力和水又上了一個新臺階。這種水和能力的提升可以直觀地從時間、空間、質量等多個評價維度的定量指標來體現,例如與神舟十二號乘組相比,航天員的在軌時間從3個月提升到了6個月;空間站的整體規模從3個艙段(飛船)構成的49噸級組合體擴展成為4個艙段(即神舟十三號飛船、天和核心艙、天舟二號、天舟三號貨運飛船)構成的組合體,相當于航天員的“住處”從兩室一廳變成了三室一廳。

    此外,在神舟十三號乘組在軌期間,我國驗證和形成了多項新的技術能力,從公開報道來看,包括但不限于以下幾種:

    航天應急救援和在軌緊急撤離能力。在此前的神舟十二號任務中,我國首次實施了載人飛船和火箭“應急救援待命”,也就是當航天員在空間站遇到意外或危險,需要立即返回地球時,可以立即發射備份的火箭和飛船,將航天員從太空接回地球。所以這次神舟十三號任務的飛船、火箭均是在發射場直接由應急待命的備份狀態轉為發射狀態。此外,2021年11月7日,神舟十三號飛行乘組進行了首次在軌緊急撤離演練,模擬了在空間站核心艙遭遇撞擊、內部產生失壓時,三名航天員緊急撤離到神舟十三號返回艙中的情況。隨著我國空間站開啟有人長期駐留時代,具備這種應急能力對于保障航天員生命安全顯然至關重要。

    復雜航天設施的在軌組裝和建造能力。神舟十三號飛船首次從“徑向”與我國空間站進行了自主交會對接,而此前從神舟八號以來的我國5艘飛船與目標都是“軸向”對接,這兩種方向夾角相差90度。為了實現徑向對接的功能,科技人員開發了基于北斗衛星數據的多源數據融合實時計算、具備多目標識別及繞飛功能的激光雷達等關鍵技術和方法。此外,2022年1月6日,我國首次開展利用空間站機械臂轉位貨運飛船的試驗,驗證了利用機械臂操作大型航天裝備的技術可行和有效。受限于單次運載火箭的發射能力,像空間站這樣的大型航天設施都需要采用多次發射、在軌組裝的方式來完成“搭積木”式的建造,因此相信本次驗證的機械臂等關鍵技術未來還將發揮重要作用。

    在軌遙控航天器實現交會對接的能力。2022年1月8日,神舟十三號航天員乘組在地面技術人員的協同下,手動遙控完成了天舟二號貨運飛船與空間站組合體的交會對接,這是我國首次開展此類試驗。當航天器的自主交會對接發生故障或意外時,這種由航天員在軌遙控實現交會對接的能力可以發揮重要的備份作用。

    載人航天器快速再入返回的能力。神舟十二號飛船的返回過程歷時一天多,而神舟十三號返回任務首次采用了“快速返回方案”,將再入返回過程由11圈縮減至5圈,時長縮短到了幾個小時,但變軌和飛行動作沒有減少。在更短時間內完成返回,相當于航天員的返程體驗從“綠皮車”換成了“高鐵”,而這對地面測控和飛船返回艙都提出了更高挑戰。

    此外,神舟十三號乘組任務還進一步驗證和提升了航天指揮控制能力、天地協同能力、艙內外航天員協同能力、航天運輸能力等,實現了對我國載人航天工程各個系統的一次全面考核。

    (2)3位航天員將自己當作“小白鼠”

    載人空間站具有支持科學探索和研究新現象新規律的得天獨厚、獨一無二的條件,包括長期的微重力環境、真空、低溫、強輻射環境、有人參與的條件等,非常適合作為太空實驗室,開展航天醫學、生命科學、生物技術、微重力物理、空間天文學、地球科學等領域的研究。因此,神舟十三號乘組的另一大“功勞”是其在軌期間支持開展了一系列科學實驗,獲得了全新的知識,推進了我國甚至全人類對自然和宇宙的認知邊界。尤為可敬的是,微重力環境下的人體本身事實上就是“實驗對象”,相當于3位航天員將自己當作“小白鼠”,去幫助全人類了解長期的失重和封閉的環境對人體健康的影響。

    神舟十三號任務期間完成的在軌實驗有二十余項,其中包括:

    微重力環境下人體操作能力的變化。東南大學宋愛國教授等開發了供航天員在軌使用的操作力測量傳感器與設備,神舟十三號乘組利用這套設備,完成了航天員在軌指捏力、手握力、推拉力、雙手插拔力、雙手旋轉力矩、足部多維力等精準測量,獲取了微重力環境下人的生物力學等測量數據。

    不同重力條件對心肌細胞收縮過程的影響。利用心肌細胞對重力敏感的特,借助航天員的在軌實驗觀測,中國航天員訓練中心的李瑩輝研究員等開展了地面和在軌心肌細胞收縮過程的對比研究。據介紹,該技術對研究大眾健康、人類的再生與衰老,包括人類的長壽和心臟病的發生,提供了非常好的實驗模型。

    皮膚干細胞失重懸浮培養實驗。依托中國空間站和神舟十三號任務,我國科研工作者設計了特制的培養容器,讓細胞在太空懸浮條件下完成了長達一個月的生存和存活。該實驗室為長期失重條件的細胞研究提供了重要的技術臺。

    由于對神舟十三號在軌期間取得的實驗數據還有更多分析和研究工作要開展,相信未來一段時間,還會有更多科學探索成果不斷涌現。

    (3)面向社會開放貨運飛船搭載資源

    載人航天工程的成功實施可以帶動社會經濟的發展。有分析認為,20世紀60到70年代美國實施的“阿波羅計劃”每投資1美元就產生了14美元的回報,這種回報主要是基于阿波羅計劃產出的3000多項專利技術來測算的,包括脫水蔬菜技術、條形碼技術、核磁共振和計算機斷層掃描(CT)技術等。年來,在國際商業航天迅猛發展的背景下,航天經濟、大航天時代等概念逐步為人們熟知,我國2022年1月28日發布的《2021中國的航天》白皮書也提出“加速航天技術成果轉移轉化,推動空間應用產業發展,提升航天發展效益效能”。

    作為跨部門、跨行業合作的系統工程,包括神舟十三號在內的我國載人航天歷次任務,都有國內眾多企業參與,客觀上對相關產業的進步起到了帶動作用。值得一提的是,在神舟十三號乘組任務期間,我國首次發布公告,面向社會開放了貨運飛船搭載資源。2021年11月25日,中國載人航天工程辦公室首次面向社會公開征集天舟飛船搭載科學技術試(實)驗和應用項目,宣布我國天舟系列貨運飛船(具有接6.5噸的物資上行能力)將以均每年2艘的頻度實施發射。公告還指出,自神舟一號飛行任務開始,歷次任務中都搭載了具有科研價值或社會效益的項目,在服務帶動科學研究、農業發展、產業升級等方面發揮了積極作用。

    (4)“天宮課堂”成功創辦“美國分校”

    航天一直是滿足人類好奇心、激發社會公眾特別是青少年對科學和技術熱愛與興趣的重要領域。自1957年首顆人造地球衛星發射、人類進入太空時代開始,美國和蘇聯就十分重視通過航天任務開展科普教育、培養未來人才;而航天員更是天然的科學知識和探索精神的“宣傳委員”。

    神舟十三號乘組任務期間共開展了兩次“太空授課”,收獲了非常顯著的效果。2021年12月9日,神舟十三號“天宮課堂”第一課正式開講,3位航天員演示了微重力環境下細胞學實驗、人體運動、液體表面張力等神奇現象。2022年3月23日,“天宮課堂”第二課開講,演示了微重力環境下太空“冰雪”實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗等。在兩次“太空授課”過程中,三名航天員都通過視頻與地面師生進行了實時的互動交流,相信在許多孩子心中播下了追逐科學技術夢想的種子。

    2022年4月,在中國駐美使館的推動下,神舟十三號乘組還回答了十幾個由美國孩子提出的問題,秦剛大使4月10日同上百名美國孩子在使館一起收看了3位航天員的“天空回答”視頻??梢哉f,我國的“天宮課堂”成功創辦了“美國分校”,客觀上起到了提升軟實力的效果。

    (5)應對航天器碰撞規避等重大挑戰

    “航天員是人類派往外層空間的使節”,這是聯合國《外空條約》的規定。神舟十三號乘組和中國空間站像一面旗幟,在全世界樹立了我國工程技術能力的良好形象,并且在推動國際航天合作、應對共同的太空問題和挑戰等方面起到了重要作用。

    當前,國際航天發射活動快速增加,空間碎片問題日益嚴重。根據2021年5月歐洲空間局(ESA)發布的《2021空間環境報告》,截至2020年初,地球軌道上的物體(包括衛星、衛星載荷和火箭殘骸等)總數超過27000個,總質量超過9000噸。因此,各國航天特別是載人航天活動都面臨在軌交通管理、航天器碰撞規避等重大挑戰。

    在神舟十三號乘組在軌運行期間,曾遭遇至少兩次與其他航天器碰撞的危險。從聯合國和利用外層空間委員會(COPUOS)官方網站可以查到,2021年12月3日,中國常駐聯合國(維也納)代表團向聯合國秘書長提交照會,指出美國太空探索技術公司(SpaceX)發射的星鏈衛星先后兩次接中國空間站,對3名航天員生命健康構成危險,為此中國空間站兩次實施了“緊急避碰”措施。

    如果衛星等無人航天器“價值連城”,那么航天員的生命更是“無價之寶”。神舟十三號乘組的經歷啟示我們,如何在未來加強空間風險探測和碰撞規避的技術能力,提高對國際航天活動的態勢感知能力,并且進一步推動國際太空的有效治理、乃至推動構建“人類太空命運共同體”,是值得我們認真思考研究的重要問題。

    未來展望——

    我國航天員未來將在太空“會師”

    經常有人將人類征服太空的事業同“大航海時代”的探索類比。作為人類生存和活動的新疆域,太空承載著人們的夢想和希望,是新知識、新技術的發源地,在維護國家安全、促進經濟發展、激勵和培養下一代人才等方面具有至關重要的作用。

    載人航天是空天技術的高地,有人照料并長期運行的空間站更是國家綜合實力的標志?!?021中國的航天》白皮書指出,未來幾年,我國將繼續實施載人航天工程,發射“問天”實驗艙、“夢天”實驗艙、“巡天”空間望遠鏡以及“神舟”載人飛船和“天舟”貨運飛船,全面建成并運營中國空間站,打造國家太空實驗室,開展航天員長期駐留、大規??臻g科學實驗、空間站臺維護等工作。

    2022年3月4日,全國政協委員、中國載人航天工程總設計師周建在全國政協十三屆五次會議期間表示,神舟十四號、神舟十五號兩個乘組6名航天員將在太空“會師”,并共同在軌工作一周左右時間。屆時我國空間站將成為由6個艙段組成、總質量接100噸、支持6名航天員同時生活的大型太空設施,成為我國走向“深空”的又一關鍵里程碑。(來源:北京日報客戶端 記者王鴻良)

    標簽: 神舟十三號 乘組執行 6個月任務 空間站工作

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