出差6個月、回家9小時,創紀錄的神十三究竟“神”在哪

2022-04-18 16:00:13 來源: 科技日報 作者: 都芃 付毅飛

科技日報實習記者 都芃  科技日報記者 付毅飛

4月16日9時56分,隨著神舟十三號載人飛船返回艙緩緩降落在東風著陸場,神舟十三號載人飛行任務取得成功,這也標志著中國空間站關鍵技術驗證階段任務就此圓滿收官。

打破多項紀錄、實現眾多“首次”的神舟十三號刷新了中國航天的新高度。此次我國航天員“太空出差”較以前的任務究竟有哪些不同?

“太空出差”為啥是6個月

從2021年10月16日出發,到2022年4月16日安全著陸,“太空出差”三人組在中國空間站度過了6個月的時間,駐留時間相比神舟十二號乘組的3個月足足延長了一倍,創造了中國航天史上新的太空駐留時間紀錄。而待我國空間站全面建成后,6個月的時長也將成為我國空間站的常規輪換周期。

但為什么是6個月?航天員就不能在空間站多住一段時間嗎?國際宇航聯空間運輸委員會副主席、中國航天科工集團二院研究員楊宇光向科技日報記者解釋道,6個月的輪換周期其實是綜合各方面考慮后的結果。

首先,是對航天員身體情況的考慮。楊宇光指出,失重環境對人體健康的影響會隨著失重時間的增加而逐漸增大??臻g站中的太空跑步機、太空自行車等健身設備,便是為幫助航天員克服失重環境帶來的肌肉萎縮、骨質流失等負面影響所設置的。中國載人航天工程航天員系統總設計師黃偉芬也曾表示:“長期處于失重環境對人體的心血管系統、肌肉和骨骼系統等影響效應更加凸顯,出現應急醫學問題的概率將增高?!?/p>

楊宇光表示,目前我國對于航天員長期駐留空間站的經驗相對較少,對長期駐留帶來的相關健康問題仍在不斷摸索研究階段。因此,6個月的駐留時間是較為穩妥的選擇。

此外,除了航天員需要換班休息,載人飛船同樣也要輪換。由于長時間暴露在太空輻射中,載人飛船部分電子元器件受到的輻射劑量隨時間積累,在軌時間存在上限。而6個月的任務時長能夠保證飛船各項指標均處于相對穩定的狀態,一旦飛船在太空中暴露時間過長,則可能產生無法預估的風險。楊宇光表示,6個月左右的換班周期也是國際通行做法。

當然,這一國際通行做法也并非沒有例外,宇航員也有“加班”的情況——半個月前剛剛從國際空間站返回的美國宇航員馬克·范德·海,便在空間站中駐留達355天。但據楊宇光介紹,航天員在軌駐留長達一年的情況較為少見,也并非常態。即使出現個別航天員長時間駐留的情況,載人飛船同樣也會換班,“新的乘組來訪換班時,舊乘組就會把舊的飛船開回去,留下新到訪的飛船?!睏钣罟庹f。因此,即使航天員可以連續駐留近一年時間,飛船也是要“到點打卡下班”的。

神十三返回怎么能這么快

從北京時間4月16日0時44分,神舟十三號載人飛船與中國空間站天和核心艙成功分離,到當日9時56分返回艙成功著陸,整個返回過程僅耗時約9小時,大致相當于乘高鐵從北京去往廣州的時間。

在此前中國航天科技集團五院載人飛船系統項目技術副經理邵立民介紹神舟十三號任務時便曾提到,神舟十三號將首次實施快速返回,進一步提升航天員的舒適性及任務實施效率。要知道,神舟十二號返回時,從飛船與中國空間站天和核心艙分離,到其安全降落在東風著陸場,大約花費了28.5小時。當然,其中包括了神舟十二號飛船返回時驗證徑向交會對接技術所花費的4.5小時。如果去掉這部分時間,整個返回過程則剛好約為24小時。返回艙內部空間狹小,3名航天員要“擠”在里面24個小時動彈不得,這無疑是對航天員身體和心理的雙重考驗。

從28.5小時到9小時,快速返回快在了哪個環節?

我們不妨先來回顧一下神舟十二號的返回過程。神舟十二號飛船在與中國空間站脫離后,并沒有著急啟動返回程序。而是先繞到了空間站天和核心艙的下方,與徑向對接口靠攏,對徑向交會對接的各項技術進行驗證。也正是有了神舟十二號的“鋪路”,神舟十三號在交會對接時首次成功采用徑向交會對接技術,為后續空間站全面建成、運行奠定了基礎。

驗證任務結束后,神舟十二號便進入了繞地環繞階段。簡單來說,便是圍著地球不停繞圈。楊宇光解釋道,繞圈是為了尋找一個合適的“窗口期”。由于載人飛船攜帶的燃料有限,返回時無法主動調整軌道面來對準著陸場所在區域。因此,只能讓著陸場“主動瞄準”飛船。由于地球自轉和飛船運行軌道的限制,這樣的機會每繞一圈只有一次。而飛船連續不斷地圍著地球繞圈,便是為了尋找一個時間、氣象等條件都處于最佳的返回“窗口期”。神舟十二號返回時,在這個階段花費了大量時間,它繞地球轉了大約11圈,每轉一圈便要消耗1.5小時。因此,盡可能地減少“繞圈”次數,便是此次神舟十三號快速返回的關鍵。

楊宇光介紹,通過對最佳返回“窗口期”的精密計算,神舟十三號能夠對脫離空間站的時機進行提前安排,從而保證飛船脫離空間站,進入繞地軌道后不久,東風著陸場便可“瞄準”飛船,省去了大量繞地時間。據了解,此次神舟十三號在這一階段僅繞行地球5個圈次?!斑@整個過程需要一系列的復雜操作,因此必須保證該技術成熟穩定后,才可進行?!睏钣罟庹J為,快速返回技術的應用也是我國航天事業不斷走向成熟、強大的象征。

非專業人士進空間站要做哪些準備

在不久前的全國兩會期間,中國載人航天工程副總設計師楊利偉曾被問及普通人未來是否有機會進入中國人自己的空間站,他自信地表示:“只要有這種需求,我們的資源允許,技術不是問題?!?/p>

而就在大約10天前,美國東部時間4月9日,在近21個小時的飛行后,美國太空探索技術公司“奮進號”龍飛船順利抵達國際空間站并成功完成對接?!皧^進號”龍飛船上搭載的是全球第一個到訪國際空間站的“私人宇航團”。他們將在國際空間站駐留8天左右。

雖然此前也曾有普通人到訪國際空間站,但通常僅作為乘組隨行人員進行短暫停留。而此次則是第一次由全私人乘組駕駛私人航天器前往國際空間站,可以說是一次真正意義上的“自費出差”。與此前單純的私人太空旅游不同,該團隊此次有著明確的科研目標——他們將在國際空間站開展約100小時的多學科研究,包括天體物理學、光學、通信、生物、醫療保健、神經病學等。

當然這早已不是普通人第一次上太空,但相比只是為了“到此一游”的太空旅行,常態化的私人團隊進入空間站開展研究是否真的可行呢?

私人團隊進入空間站開展研究,第一道要跨過的門檻便是昂貴的“差旅費用”。以此次“奮進號”龍飛船為例,除擔任指揮官的美國國家航空航天局(NASA)退役宇航員、美國公理航天公司副總裁阿萊格里亞外,其余3人每人需要支付約5500萬美金(約合人民幣3.5億元)的“船票”。而發起此次任務的美國公理航天公司,則要向美國太空探索技術公司支付巨額的運輸費用,以及向NASA支付國際空間站使用費用。

但即使如此,也并不意味著人人都可以進入空間站。事實上,普通人在進入空間站進行一定時間的駐留前,要進行嚴苛的身體訓練,如高原適應訓練、離心機訓練、微重力和模擬器訓練、緊急演習等。尤其是要讓身體適應飛船起飛、降落時強大的重力加速度和空間站中長時間的失重狀態。

而除可能面臨的生理健康問題外,空間站環境相對狹小、封閉,且夾雜著復雜的噪聲、振動等,常常會使長期生活、工作在其中的航天員產生心理健康問題。而這些都需要通過前期訓練來克服。

此外,如果想在空間站內從事科研活動,則還要學習掌握各類相關的理論知識和操作規程。只是相對于動輒駐留半年且任務繁重的航天員來說,普通人進入空間站所需的訓練時長將有所降低。

根據《2021中國的航天》白皮書顯示,“十四五”期間我國將培育發展太空旅游。楊利偉也認為,商業航天將是未來航天產業發展的一大趨勢。從工程角度來講,更多不同性質的企業參與進來,也將對航天產業發展產生助力。

責任編輯: 司洋
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