作者:都芃 付毅飞 来源:科技日报 发布时间:2022/4/19 11:37:09
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出差6个月、回家9小时 创纪录的神十三究竟“神”在哪

 

4月16日9时56分,随着神舟十三号载人飞船返回舱缓缓降落在东风着陆场,神舟十三号载人飞行任务取得成功,这也标志着中国空间站关键技术验证阶段任务就此圆满收官。

打破多项纪录、实现众多“首次”的神舟十三号刷新了中国航天的新高度。此次我国航天员“太空出差”较以前的任务究竟有哪些不同?

“太空出差”为啥是6个月

从2021年10月16日出发,到2022年4月16日安全着陆,“太空出差”三人组在中国空间站度过了6个月的时间,驻留时间相比神舟十二号乘组的3个月足足延长了一倍,创造了中国航天史上新的太空驻留时间纪录。而待我国空间站全面建成后,6个月的时长也将成为我国空间站的常规轮换周期。

但为什么是6个月?航天员就不能在空间站多住一段时间吗?国际宇航联空间运输委员会副主席、中国航天科工集团二院研究员杨宇光向科技日报记者解释道,6个月的轮换周期其实是综合各方面考虑后的结果。

首先,是对航天员身体情况的考虑。杨宇光指出,失重环境对人体健康的影响会随着失重时间的增加而逐渐增大。空间站中的太空跑步机、太空自行车等健身设备,便是为帮助航天员克服失重环境带来的肌肉萎缩、骨质流失等负面影响所设置的。中国载人航天工程航天员系统总设计师黄伟芬也曾表示:“长期处于失重环境对人体的心血管系统、肌肉和骨骼系统等影响效应更加凸显,出现应急医学问题的概率将增高。”

杨宇光表示,目前我国对于航天员长期驻留空间站的经验相对较少,对长期驻留带来的相关健康问题仍在不断摸索研究阶段。因此,6个月的驻留时间是较为稳妥的选择。

此外,除了航天员需要换班休息,载人飞船同样也要轮换。由于长时间暴露在太空辐射中,载人飞船部分电子元器件受到的辐射剂量随时间积累,在轨时间存在上限。而6个月的任务时长能够保证飞船各项指标均处于相对稳定的状态,一旦飞船在太空中暴露时间过长,则可能产生无法预估的风险。杨宇光表示,6个月左右的换班周期也是国际通行做法。

当然,这一国际通行做法也并非没有例外,宇航员也有“加班”的情况——半个月前刚刚从国际空间站返回的美国宇航员马克·范德·海,便在空间站中驻留达355天。但据杨宇光介绍,航天员在轨驻留长达一年的情况较为少见,也并非常态。即使出现个别航天员长时间驻留的情况,载人飞船同样也会换班,“新的乘组来访换班时,旧乘组就会把旧的飞船开回去,留下新到访的飞船。”杨宇光说。因此,即使航天员可以连续驻留近一年时间,飞船也是要“到点打卡下班”的。

神十三返回怎么能这么快

从北京时间4月16日0时44分,神舟十三号载人飞船与中国空间站天和核心舱成功分离,到当日9时56分返回舱成功着陆,整个返回过程仅耗时约9小时,大致相当于乘高铁从北京去往广州的时间。

在此前中国航天科技集团五院载人飞船系统项目技术副经理邵立民介绍神舟十三号任务时便曾提到,神舟十三号将首次实施快速返回,进一步提升航天员的舒适性及任务实施效率。要知道,神舟十二号返回时,从飞船与中国空间站天和核心舱分离,到其安全降落在东风着陆场,大约花费了28.5小时。当然,其中包括了神舟十二号飞船返回时验证径向交会对接技术所花费的4.5小时。如果去掉这部分时间,整个返回过程则刚好约为24小时。返回舱内部空间狭小,3名航天员要“挤”在里面24个小时动弹不得,这无疑是对航天员身体和心理的双重考验。

从28.5小时到9小时,快速返回快在了哪个环节?

我们不妨先来回顾一下神舟十二号的返回过程。神舟十二号飞船在与中国空间站脱

离后,并没有着急启动返回程序。而是先绕到了空间站天和核心舱的下方,与径向对接口靠拢,对径向交会对接的各项技术进行验证。也正是有了神舟十二号的“铺路”,神舟十三号在交会对接时首次成功采用径向交会对接技术,为后续空间站全面建成、运行奠定了基础。

验证任务结束后,神舟十二号便进入了绕地环绕阶段。简单来说,便是围着地球不停绕圈。杨宇光解释道,绕圈是为了寻找一个合适的“窗口期”。由于载人飞船携带的燃料有限,返回时无法主动调整轨道面来对准着陆场所在区域。因此,只能让着陆场“主动瞄准”飞船。由于地球自转和飞船运行轨道的限制,这样的机会每绕一圈只有一次。而飞船连续不断地围着地球绕圈,便是为了寻找一个时间、气象等条件都处于最佳的返回“窗口期”。神舟十二号返回时,在这个阶段花费了大量时间,它绕地球转了大约11圈,每转一圈便要消耗1.5小时。因此,尽可能地减少“绕圈”次数,便是此次神舟十三号快速返回的关键。

杨宇光介绍,通过对最佳返回“窗口期”的精密计算,神舟十三号能够对脱离空间站的时机进行提前安排,从而保证飞船脱离空间站,进入绕地轨道后不久,东风着陆场便可“瞄准”飞船,省去了大量绕地时间。据了解,此次神舟十三号在这一阶段仅绕行地球5个圈次。“这整个过程需要一系列的复杂操作,因此必须保证该技术成熟稳定后,才可进行。”杨宇光认为,快速返回技术的应用也是我国航天事业不断走向成熟、强大的象征。

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非专业人士进空间站要做哪些准备

在不久前的全国两会期间,中国载人航天工程副总设计师杨利伟曾被问及普通人未来是否有机会进入中国人自己的空间站,他自信地表示:“只要有这种需求,我们的资源允许,技术不是问题。”

而就在大约10天前,美国东部时间4月9日,在近21个小时的飞行后,美国太空探索技术公司“奋进号”龙飞船顺利抵达国际空间站并成功完成对接。“奋进号”龙飞船上搭载的是全球第一个到访国际空间站的“私人宇航团”。他们将在国际空间站驻留8天左右。

虽然此前也曾有普通人到访国际空间站,但通常仅作为乘组随行人员进行短暂停留。而此次则是第一次由全私人乘组驾驶私人航天器前往国际空间站,可以说是一次真正意义上的“自费出差”。与此前单纯的私人太空旅游不同,该团队此次有着明确的科研目标——他们将在国际空间站开展约100小时的多学科研究,包括天体物理学、光学、通信、生物、医疗保健、神经病学等。

当然这早已不是普通人第一次上太空,但相比只是为了“到此一游”的太空旅行,常态化的私人团队进入空间站开展研究是否真的可行呢?

私人团队进入空间站开展研究,第一道要跨过的门槛便是昂贵的“差旅费用”。以此次“奋进号”龙飞船为例,除担任指挥官的美国国家航空航天局(NASA)退役宇航员、美国公理航天公司副总裁阿莱格里亚外,其余3人每人需要支付约5500万美金(约合人民币3.5亿元)的“船票”。而发起此次任务的美国公理航天公司,则要向美国太空探索技术公司支付巨额的运输费用,以及向NASA支付国际空间站使用费用。

但即使如此,也并不意味着人人都可以进入空间站。事实上,普通人在进入空间站进行一定时间的驻留前,要进行严苛的身体训练,如高原适应训练、离心机训练、微重力和模拟器训练、紧急演习等。尤其是要让身体适应飞船起飞、降落时强大的重力加速度和空间站中长时间的失重状态。

而除可能面临的生理健康问题外,空间站环境相对狭小、封闭,且夹杂着复杂的噪声、振动等,常常会使长期生活、工作在其中的航天员产生心理健康问题。而这些都需要通过前期训练来克服。

此外,如果想在空间站内从事科研活动,则还要学习掌握各类相关的理论知识和操作规程。只是相对于动辄驻留半年且任务繁重的航天员来说,普通人进入空间站所需的训练时长将有所降低。

根据《2021中国的航天》白皮书显示,“十四五”期间我国将培育发展太空旅游。杨利伟也认为,商业航天将是未来航天产业发展的一大趋势。从工程角度来讲,更多不同性质的企业参与进来,也将对航天产业发展产生助力。

 
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