作者:张淼 黄永明 来源:南方周末 发布时间:2012-7-6 14:58:13
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神舟九号:微重力下的细节

尽管美国和前苏联在1960年代就已经完成了手动交会对接,这项工作时至今日仍然是相当困难的。
 
2012年6月29日上午,三名中国航天员随神舟九号的返回舱返回地面,降落在内蒙古。经过短暂的重力再适应,景海鹏、刘旺和刘洋先后出舱。中央电视台直播了全过程。画面上地面的医务人员表情轻松,而三名航天员出舱时脸上带着的微笑更是说明了一切。
 
历时13天的太空任务结束了,神舟九号在许多方面都具有历史性的重要性。它分别进行了与天宫一号的自动和手动对接,这让中国成为了世界上第三个拥有这些能力的国家。在太空的实验室里,航天员也成为了中国第一个轨道站的第一批居民。人们谈论最多的还是刘洋,她是中国第一个女航天员。
 
相应地,任务中也克服了一系列特殊的困难。以手动交会对接为例,其难度可以归纳为四个方面。
 
首先是识别判读难。飞船仪表上不但有图像,还有十多个参数需要航天员同时识别和判读,并进行及时、准确的判断。二是控制精度高,需要航天员具有很强的操作能力和心理稳定性。三是操控难度大,航天员的左右双手需要同时控制平移、姿态两个手柄对飞船进行6个自由度、12个方向上的动态控制。四是天地差异大。太空执行任务时的环境、控制响应、控制耦合和其他不确定风险等都是地面无法完全设想和模拟的,更多的要依靠航天员随机应变的能力。
 
6月24日,刘旺操纵飞船,电视直播画面中两个十字慢慢对准,飞船一米一米地靠近并最后轻轻碰在一起。此前,对接的控制在地面上已经操练了上千次。在6月18日的自动对接过程中,手控对接设备也启动了,航天员进行了手控指令发送等操作,这让刘旺进一步熟悉了对接过程的相关操作、图像和参数。
 
尽管美国和前苏联在1960年代就已经完成了手动交会对接,这项工作时至今日仍然是相当困难的。想象一下让两个时速数千公里的飞行器靠近,然后连接在一起。手动对接通常是在自动对接失败时作为一种备用方案。在轨期间,航天员们还进行了医学实验,包括对蝴蝶、蝴蝶卵和蛹的实验。刘洋在宽敞的天宫一号里甚至打了一趟太极拳。
 
神舟九号任务的成功在国内外都引来赞叹。“这意味着中国离空间站的梦想又近了一步。”英国《每日电讯报》评论说。BBC的科学通讯员乔纳森·阿莫斯(Jonathan Amos)也说“微笑说明了一切”,他指出了神舟九号任务达成的数个“第一次”,也同时做了“友情提示”:“按照陈词滥调的说法,太空飞行是很难的,那么中国人的项目将来也会遇到一些问题。太空飞行的历史告诉我们,一些负面的结果是无可避免的。届时北京方面做何反应也是一个有趣的问题。”
 
无人知晓的生理变化
 
四年前,经层层选拔,他们从飞行员中录取变为“预备航天员”,再经过空中实践和各种培训后,才成为了真正的航天员。
 
在四年的训练中,航天员进行了大量的理论学习,包括五十多门理论课程,如数学、英语、天文学等基础课程,以及工程技术、航天医学等实践性较强的课程。
 
用模拟器体验失重环境的飞行培训也必不可少。失重培训通常有两种方法,一种是抛出模拟器制造失重飞机的环境,这种失重只能维持几十秒钟,另一种是利用“失重水槽”的地面设备,在水里加上一定的矿物质,让航天员在水里的环境接近失重状态,所有的模拟器放在水里,航天员在水槽里进行动作。第二种方法在训练中经常用到。
 
不过,不管在地面上如何训练,中国载人航天工程历次飞行的时间从来没有超过13天。那么,航天员身体状况究竟会出现什么变化,是谁也不清楚的。神舟九号任务中航天员系统的主要职责便是“紧紧围绕人的安全、健康和高效工作开展”。神舟九号与天宫一号对接任务航天员系统总指挥陈善广曾在飞船发射前几天的一次介绍会上向媒体反复强调这一点。他认为,在较长时间的飞行中,航天员健康保障是关键问题。
 
和以前的神舟飞船相比,神舟九号任务的重要改进便是增加了多项生理监测指标。原先的监测指标无外乎心电、呼吸、体温、血压等,同时通过天地对话观测航天员图像来判定其身体状况。这一次,为了监测航天员心血管功能变化,在轨时每天都需进行新的无创心功能检查、心肺功能检查以及其他一些重要生化指标的检测。此外,二十多种医学预案也得到了补充,一旦出现问题,整个航天员系统便能天地协同、快速支持。
 
在神舟九号的太空之旅中,备受关注的女航天员刘洋被称为“载荷专家”,负责空间医学实验。她的主要工作是进行人的心血管系统、神经系统、前庭眼动、认知能力、在轨人体生理参数等指标的测量及记录,以供返回后航天医学专家分析和研究。
 
在航天专家看来,做到这些,无疑为我国中长期载人航天飞行医学研究和健康保障积累经验打下坚实的基础。同时,初具规模的航天医学空间实验的体系也由此建立,为今后空间站的建立提供了最重要的论证依据。
 
十四年磨一剑
 
一些在地面上觉得十分可行的操作,在太空环境下可能会变得完全不同。神舟六号设计时,唯一乘坐过神舟飞船的航天员杨利伟便提出了改进建议。例如,飞船上用来收集杂物的袋子,地面上感觉用拉链比较方便,太空微重力状态下的实际感受却是用绳系口的方式更方便。
 
手控交会对接这项复杂的技术就更需要在太空环境进行验证。航天员手控交会对接系统是一个典型的“人在环路”的复杂系统。“这个系统涉及空间飞行环境下人的操作认知特性、人机交互、人机界面设计等诸多科学技术问题。”陈善广说。
 
航天员刘旺曾在发射前向公众演示过一次手控对接的操作步骤,飞船的仪表上呈现出复杂的图像和参数,还需航天员同时识别和判读,并进行及时、准确的判断。
 
刘旺是中国首批航天员之一,1998年曾与杨利伟、聂海胜、费俊龙、翟志刚、景海鹏等14人一同入选。在队友们都先后乘坐神五、神六、神七飞船遨游太空时,刘旺仍在静静等待他的时间。14年的训练足以使他各方面素质过硬,最终于2012年3月入选神舟九号飞行乘组,并有望承担高难度的核心任务——手控交会对接。早在神七任务结束后便有消息称,首批航天员没有执行飞行任务的即将退役或转岗。对刘旺来说,这无疑是最后的机会,也是最好的机会。
 
6月15日早晨,在酒泉卫星发射中心的中外记者新闻发布会上,中国载人航天工程新闻发言人武平宣布确定景海鹏、刘旺、刘洋三人为飞行乘组。下午,三名航天员在问天阁玻璃罩隔离区内与媒体见面,三人首次从各种各样的消息中走出来,站在公众面前。
 
站在玻璃罩内,是因为地球上的病菌进入太空后会产生变异,以寻常的大肠杆菌为例,太空变异后毒性会增强200倍,几乎无药可治。因而在航天员升空前,为保证他们不被细菌感染,必须执行严格的隔离。
 
伴随着极为频繁的闪光灯和快门声,身穿蓝色工作服的刘洋、景海鹏、刘旺挥手并依次就座。不拿话筒说话时,景海鹏和刘洋面带微笑,双手轻放在双膝上,而刘旺的表情则显得稍微严肃。其间,刘旺说话不多,但特殊的经历和重要的任务让他无法回避,他以“宝剑锋从磨砺出”自比,显得很有信心。
 
6月16日18点37分,火箭升空。整个发射场在围观群众集体倒计时后,进入狂欢状态。
 
这时,三名航天员的工作才刚刚开始。宇航员刚上天时,与地面晕车、晕机一样,会感到非常不舒服,工作效率也极度下降。已经预知的困难便不是问题,不久后,他们开始了正常的工作。
 
为避免航天员在微重力环境中出现肌肉萎缩和骨质疏松的症状,自行车、企鹅服、神经电刺激等主动锻炼的方式被采用。脚踏自行车能锻炼下肢肌肉,企鹅服内的拉力器锻炼上身和肩部、背部的肌肉,下肢负压筒,则能保持血液循环和下流。因此,主动锻炼也是三名航天员在天宫一号舱内每天必修的“课程”。
 
6月18日,在神舟九号飞船首次与天宫一号目标飞行器进行自动交会对接时,传回画面显示,刘旺用手杖触碰操纵面板,发送了手控指令。这次太空练习让刘旺进一步熟悉了对接过程相关操作、图像和参数,为第二次以手控方式对接做好了准备。
 
相关专题:神舟九号发射
 
 
 
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