神十三成功发射 中国空间站将迎来“完全体”?
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神十三成功发射 中国空间站将迎来“完全体”?

2021年10月16日 00:29:42
来源:爱范儿

天宫离我们越来越近了。

今年 6 月神舟十二号划破天际,成功与天宫空间站对接,3 位宇航员成功完成了 3 个月驻留任务。

4 个多月后的今天,神舟十三号将站在前辈们的肩膀上,跨出新的一步,人类离跨出地球又近了一步。

就在刚刚,神舟十三号载人航天飞船成功发射,翟志刚、王亚平和叶光富三位航天员将乘坐这班飞船飞向天宫空间站,相比上次载人航天任务,这次三位航天员驻留时间将翻倍,达 6 个月之久。

史上最长,航天员将在天宫驻留 6 个月

这次负责运送神舟十三号载人航天飞船的仍然是熟面孔长征二号 F 运载火箭系统,极佳的安全表现,为它博得了一个「神箭」的美名。

为了载人航天任务,长征二号 F 遥十三火箭已经在酒泉卫星发射中心待命 5 个多月了。

▲ 图片来自:中国航天

据中国新闻网,这样做是为了保证航天员的安全,从长征二号 F 遥十二和长征二号 F 遥十三开始,火箭采用发射一发、备份一发及滚动备份的发射模式,一旦出现特殊情况,长征二号 F 遥十三火箭可以立即发射救援航天员。

航天员翟志刚、王亚平和叶光富将搭乘神舟十三号飞船飞往我国自主载人航天空间站天宫。

▲ 从左至右分别是叶光富、翟志刚、王亚平

这也是航天员翟志刚第二次飞向太空,2008 年他就曾搭乘神舟七号飞向太空,同时也是我国首位完成出舱活动,在太空「漫步」的航天员。

王亚平作为女航天员,也是第二次执行载人航天任务了,这次她也将和航天员翟志刚一样,完成出舱任务,成为我国首位出舱的女航天员。

她已经是一代人的回忆,在 2013 年的神舟十号载人航天任务当中,王亚平作为太空教师向人们介绍失重等太空现象,构建了不少人心中的首个太空印象。

▲ 2013 年,王亚平在太空授课

根据央视新闻,这次神舟十三号载人航天任务当中王亚平将继续担任太空教师,开展新的太空教学活动。

在互联网等技术的加持下,如今的信息传播速度、传播范围比起 2013 年是有过之而无不及,想必这次航天员王亚平的太空授课能传达到更多人面前,同时也能让人们对太空、对天宫空间站等有更多认识。

正式发射前,航天员王亚平还发了一条「出差半年」的朋友圈,想必心理状态不错。

▲ 图片来自:微博@我们的太空

航天员叶光富则是首次参与太空飞行,和之前的载人航天任务类似,三位航天员的主要生活、工作区域是天和核心舱,相比天宫一号,现在的天和核心舱空间大了不小,从之前的 15 立方米增加到了 110 立方米。

▲ 天和核心舱内部

其中还包括工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区等六个区域,这显然有利于三位航天员在天宫空间站驻留 6 个月。

6 个月的驻留周期是以往国际空间站长期考察组在太空驻留的最长时间,要让天宫空间站持续运行,显然需要跨过这道槛,这对于整个空间站系统以及三位航天员来说都是一个不小考验。

为此,除了天和核心舱全面的设施,在神舟十三号发射之前,天舟三号货运飞船已经飞上太空和天宫空间站对接,它内部携带了大量货物,用以支持航天员的生活和工作。

像航天员翟志刚就带上了笔墨纸砚,在太空也能专注于爱好。

▲ 天舟三号与空间站对接

由于这次航天任务包含女航天员,天舟三号运送的货物中还包含了女性化妆品、卫生用品等等。

神舟十三号与天宫空间站对接完成后,航天员们就能拆天舟三号中的「快递」了。

6 个月的驻留时间,也意味着三位航天员将在天宫空间站度过春节,今年春晚或许我们能看到一个全新的「太空拜年」节目。

从验证走向建造

神舟十三号载人航天任务是我国空间站关键技术验证阶段的第六次飞行,也是该阶段的最后一次飞行任务,因此在这次任务当中我们能看到不少新的尝试与技术。

神舟十三号与空间站的径向停靠对接就是新尝试之一,其指的是航天器在空间站下方垂直方向上进行对接。之前我国航天器与空间站对接,无论是前进交会对接还是后方交会对接,基本上都是水平方向上的对接。

对比来看径向对接要求更高,执行时需要空间站保持平飞状态,而飞船则需要竖立飞行或俯仰飞行,在这种情况下还要实现不需要人干涉的全自动对接方式,其难度可想而知。

值得一提的是,这次神舟十三号载人航天任务的标识,正是径向对接的缩略示意图,有趣的同时也传达了任务的主要目的之一。

径向对接是空间站验证阶段中必须要完成的项目,上次神舟十二号飞船飞回地球前就曾验证径向对接技术,江苏省天文学会科普专家、南京大学天文与空间科学学院副教授汤靖师在接受新华报业采访时也表示:

在中国空间站的建造计划中,将来会有两艘载人飞船同时停靠,这一次神舟十二号飞船停靠的是前向对接口。而如果增加一艘载人飞船,就要停靠在节点舱下方,面向地球的径向对接口。

机械臂同样是此次载人航天任务当中的重点,我国天宫空间站的机械采用了肩部、肘部和腕部「3+1+3」的关节设计,和人的手臂一样具备极高的自由度。

再搭配上空间站表面的适配器,机械臂甚至可以在空间站上自由「爬行」,使其工作范围覆盖整个空间站。

据悉,机械臂工作时最长可达 18 米左右、直径约 4 米,最大承载能力达 25 吨,不仅可以辅助航天员出舱,更是实验舱等航天器转向的好帮手。

机械臂强大的负载能力,让它能拖动实验舱实现分离、转位和再次对接等操作,实际应用中当实验舱与空间站核心舱、节点舱对接后,就可以通过机械臂转为到侧面停泊口,这次神舟十三号载人航天任务也需要验证舱段转位技术。

▲中国空间站机械臂捕获飞船演示动画

6 个月的超长驻留时间是以往从来都未曾有过的,据中国青年报,为了保证航天员的安全,一般航天员出发时都会佩戴相应的生理信号测试盒、心电记录等装置。

这些装置一般都在航天员大腿外侧佩戴,可以用来实时检测航天员的心率、呼吸、心电信号等,方便出现异常情况时地面专家及时干预。

此外由于太空的失重环境,再加上超长的驻留时间,会让航天员的身体出现各种适应反应,比如骨质流失和肌肉萎缩,中国航天工程网甚至表示长期飞行时航天员可能会损失 50% 肌肉,

▲ 完成神舟十二号航天任务的航天员们. 图源:央视新闻

这也是此前神舟十二号任务三位航天员返回地球时需要隔离恢复的原因之一。

当然,解决方法就有不少,其中比较方便直接的便是锻炼,天和核心舱中就配备有多个健身器材,比如太空跑步机、太空自行车、拉力器等等。

▲ 航天员在锻炼

太空跑步机和我们常见的跑步机不同,它配有弹性束缚带,将航天员压在跑步机上,这是在模拟正常重力环境,同时太空跑步机还配有隔振措施,以免影响空间站上的其他设备。

径向对接、机械臂辅助舱段转位、驻留 6 个月等等,这些关键技术和项目经受住验证后,才能真正让载人航天常态化,让我们离太空家园更近一步。

明年,天宫将迎来完全体

从钻木取火到发现铁,再到如今钢筋水泥构成的城市,发现、探索、学习、使用,对未知的追寻,推动了整个人类社会的发展,今天的载人航天正是人类突破自我、探索未知的又一新旅程。

为了探索未知而又神秘的太空,早在上世纪 90 年代,我国就定下了载人航天工程三步走的战略,它们正在一步一步成为现实。

4 个月前神舟十二号载人航天任务,就验证了全相位、全自动快速对接技术,在水平对接时无论航天飞船与空间站的相对位置是 1/4 圈还是半圈、整圈,都能在没有人为干预的情况下对接好。

而聂海胜、刘伯明和汤洪波三位宇航员则作为天和核心舱的首批访客,经过 3 个月生活,验证了天宫空间站系统的安全性和稳定性。

▲天宫空间站。图片来自:新华社

神舟十三号载人航天任务则是对之前任务的夯实和加强,航天器对接方式从水平对接转向更复杂的径向对接,三位航天员驻留时间翻倍,如任务完满结束,则意味着我国完成了天宫空间站关键技术验证,离目标——建成天宫空间站又近了一步。

酒泉卫星发射中心的照片墙见证了我国载人航天项目的发展,从杨利伟到如今的王亚平、照片墙记录了每位完成载人航天飞行的宇航员,或许在不远的未来,这堵照片墙可能都无法容纳越来越多的新宇航员。

图片来自:微博@我们的太空

神舟十三号载人飞船将和天和核心舱以及两艘货运飞船组合,实现 4 个飞行器组合飞行,和完整的天宫空间站对比,还缺少了问天和梦天两大实验舱。

设计之初,这两座实验舱就确定了 20 吨级的航段规模,有了它们的加持,航天员们才能在天宫空间站中进行更高频率、更大范围的技术实验。

▲ 天宫空间站结构

按照规划,我国将在 2022 年陆续发射这两座实验舱,并与天宫空间站交会对接,组成完全体,同时载人航天也会常态化,这将进一步揭开太空神秘的面纱。

中国载人航天工程航天员系统总设计师黄伟芬在接受中国青年报采访时就提到了:

在轨的空间科普教育一定是将来空间站任务中的常态化工作之一,未来一定会利用空间站这个平台积极开展科普教育,比如结合航天员在轨生活、工作、实验试验等进行科普活动。

这次神舟十三号载人航天任务中航天员王亚平即将开启的太空授课就是落地实例,未来或许我们能以更多种多样的方式了解神秘的太空。