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      杏宇平臺:我國載人航天事業實現跨越式發展(深度觀察)

      標簽: 發布時間: 2023年10月27日 09:19:30 次瀏覽

        圖①:中國空間站模擬構型圖。
        中國載人航天工程辦公室供圖
        圖②:2003年10月15日,航天員楊利偉從酒泉衛星發射中心問天閣出發,踏上了首次飛天征程。
        中國載人航天工程辦公室供圖
        圖③:2023年4月15日,神舟十五號航天員張陸結束出艙任務、返回問天實驗艙時揮手致意。這是在北京航天飛行控制中心拍攝的畫面。
        新華社記者 郭中正攝
        圖④:北京航空航天大學學生收看“天宮課堂”第四課。
        新華社記者 鞠煥宗攝
        圖⑤:神舟飛船模型圖。
        中國載人航天工程辦公室供圖
        圖⑥:2022年7月24日,搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭,在位于海南的文昌航天發射場點火升空。
        王 磊攝

        蒼茫大漠,胡楊挺立。2023年10月26日,神舟十七號航天員乘組從酒泉衛星發射中心載人航天發射場出發奔赴“天宮”。20年前,也是在這樣一個金秋時節,浩瀚宇宙迎來了首位中國訪客——航天員楊利偉乘坐神舟五號載人飛船遨游太空21小時23分鐘。

        從神五到神十七,從首次太空飛行到長期駐守空間站,20年間,我國載人航天事業實現了跨越式發展,取得了舉世矚目的成就。

        神舟載人飛船變得更智能、更舒適

        神舟載人飛船被稱為太空“生命之舟”,是我國目前唯一一型天地往返的載人航天器,直接保障著航天員的人身安全。經歷無人到有人、試驗性飛行到應用性飛行,神舟飛船和長征二號F運載火箭一起,構成了我國載人天地往返運輸系統。

        在完成神舟一號到神舟四號的4次無人飛行任務后,2003年10月15日,我國首位航天員楊利偉乘坐神舟五號載人飛船順利進入太空,中華民族從此飛天夢圓。

        之后,神舟飛船不斷刷新飛天紀錄。神舟六號飛船搭載2名航天員遨游太空,神舟七號飛船搭載3名航天員并實現了首次空間出艙活動,神舟八號無人飛船和天宮一號實現自動交會對接,神舟九號飛船搭載3名航天員并實現了手控交會對接。

        進入新時代,將3名航天員送上太空的神舟十號飛船實現了與天宮一號交會對接,完成載人天地往返運輸系統首次應用性飛行。神舟十一號飛船搭載2名航天員,在太空飛行長達30天,為中國空間站建造運營和航天員長期駐留奠定了堅實的基礎。

        空間站階段任務開啟后,神舟十二號、神舟十三號、神舟十四號、神舟十五號飛船承擔了我國空間站關鍵技術驗證階段和建造階段的載人飛行任務。從神舟十六號飛船開始,神舟十七號等后續神舟飛船,則擔起空間站應用與發展階段往中國空間站載客的職責。

        由獨立飛行到??俊疤鞂m”空間實驗室中期駐留,再到??俊疤鞂m”空間站長期駐留……梳理歷次任務特點,不難發現,神舟飛船在性能和設計方面已有顯著改進創新。

        全力以赴支持任務開展是神舟飛船改進優化的首要原則。

        神舟六號和神舟五號并沒有太大區別,神舟七號飛船為了支持出艙,軌道艙增加了可供航天員出艙的氣閘艙功能。神舟八號600多臺(套)設備,一半以上的技術狀態發生變化,是為了改進后讓飛船具備自動和手動交會對接功能。

        神舟十二號任務時,為了滿足神舟飛船長期??靠臻g站期間具備隨時返回的能力,神舟團隊通過對返回軌道策略及制導算法改進優化,使神舟飛船具備從不同軌道高度返回地球的能力。在此之前,飛船都是從固定的軌道返回地球。

        提高安全性和舒適性是神舟飛船改進優化的基本方向。

        從神舟一號開始,載人飛船就是按搭載3人要求設計,但滿載3人的情景直到神舟七號任務時才實現。同樣的一艘飛船,提供給3名航天員和1名航天員的有效供給顯然不同,滿載時對飛船本身空間、重量、功率等帶來的影響也不一樣。隨著任務變化,設計人員必須根據實際情況對飛船進行改進,確保任務順利完成。

        如今,神舟飛船越來越智能。圍繞神舟飛船軌道艙、返回艙和推進艙的各類分系統,飛船團隊在短時間內,以高標準多次進行器件更改、可靠性提升等驗證工作,全力推進產品數據互聯信息化、線纜總裝布局數字化、關鍵參數檢測智能化。

        飛船上更多細節被逐一改善。例如,飛船內飾減少使用刺激性的顏色,內部主色調為比較柔和的米黃色。設計人員還將神舟十六號載人飛船儀表顯示化繁為簡,顯示界面更加清晰、直觀、舒適。

        空間站任務實施以來,為了保證任務順利展開與航天員安全,神舟團隊開創了天地結合的應急救援任務模式,即攜帶兩艘飛船進場,在前一發載人飛船發射時,后一發載人飛船在發射場待命。例如,神舟十三號發射時,神舟十四號飛船就在發射場待命。這種滾動備份模式,能夠有力支撐神舟飛船“一年兩艘”常態化發射需要。

        中國航天科技集團五院專家介紹,為了適應新階段新需求,神舟飛船研制周期由原來2至3年發射1艘,縮短至1年發射2艘。

        航天員太空飛行人數更多、時間更久

        “中國空間站永遠值得期待!”2022年11月30日,神舟十四號和神舟十五號乘組的6名航天員豎起大拇指同聲喊出這句話。中國航天員在中國人自己的空間站里,首次實現“太空會師”。

        從太空駐留人次和時間長度看,20年來,我國載人飛行經歷了從單人單天、多人多天到兩人中期駐留再到多人長期駐留的跨越,目前中國航天員在空間站能夠生活長達半年之久。

        航天員駐留太空時間越長,對身心素質和工作能力的挑戰越大。從去太空“轉一圈”到能在“太空之家”長期生活,這一變化離不開我國航天支撐能力的提升。

        生存條件得到堅實保障。早上,中國航天員朱楊柱在中國空間站里起床,從一個透明水袋里吸了幾口飲用水?!霸缙鹨槐?,已是空間站生活的常態。

        空氣和水是航天員在太空生存最關鍵的資源。早期的神舟任務中,采取飛船攜帶氧氣和水的方式補給;隨著航天員人數增加和飛行時間變長,這些補給遠遠不夠。多年來,科研人員不懈攻關,研發出一套再生式環控生保技術,通過電解制氧、冷凝水回收等循環利用的方式,提供氧氣和純凈水。目前,中國空間站實現了氧氣資源100%再生,水資源閉合度提升至95%以上。

        健康狀況得到及時監測。隨著空間飛行時間增加,太空失重環境對人體帶來的不利影響會越來越大,特別是心血管系統功能減退的問題變得更加突出。此外,還會出現一定程度的肌肉萎縮和骨丟失問題。從神舟五號任務開始,地面人員就密切關注著航天員的身體狀況,后續任務中逐漸增加了對更多生理指標的監測。

        隨著航天醫學實驗研究的深入,如今科研人員探索出幫助航天員適應太空環境的多種方案。比如,我國空間站專門設置了健身區,鍛煉器械設備由“三大三小”組成,“三大”指太空自行車功量計、太空跑臺和抗阻鍛煉裝置,“三小”指拉力帶、握力器和呼吸肌鍛煉器。在太空,航天員每天都會進行健身運動,來保持良好的身體狀態。

        生活條件得到極大改善。神舟五號任務時,航天員只有“一室”居住,到神舟十號的時候,就有“兩室”,3個航天員中,兩個人可以睡到“臥室”里,一個人打“地鋪”睡在地板上;空間站更是變成了“三室兩廳”,航天員住得越來越寬敞。

        從吃的食品種類看,神舟六號時就有40多個品種,神舟九號有了50多種食品供應。航天員聶海勝和費俊龍在執行神舟六號任務時,軌道艙溫度比較低,加熱食品比較少。而在聶海勝執行神舟十二號任務時,已經做到了7天一個食品周期,也就是一周菜品可以不重樣,而且有了加熱設備,可以吃到更豐富更熱乎的菜肴。

        神舟十一號任務時,地面團隊為航天員提供了一個基于虛擬現實技術打造的心理舒緩系統,航天員可以看到家人、家里的場景、熟悉的環境。航天員還能與親朋好友進行音視頻交流。

        載人航天技術向著更高層次不斷跨越

        天地往返、空間出艙和空間交會對接是載人航天重要的基礎性關鍵技術。每一次神舟任務,并不是上一次任務的簡單重復,而是向著更高層次不斷跨越。

        航天員出艙,就是這樣一個標注技術突破的時刻?!拔乙殉雠?,感覺良好。神舟七號向全國人民、全世界人民問好。請祖國放心,我們堅決完成任務!”2008年9月27日,翟志剛率先開展出艙活動,中國航天員的身影首次進入茫茫太空,中國正式成為世界上第三個掌握出艙技術的國家。

        13年后,2021年7月4日,神舟十二號航天員進行了中國空間站首次出艙活動,出艙作業達數小時。

        在后續任務中,我國航天員出艙活動越來越頻繁。神舟十三號任務,王亞平成為中國首位進行出艙活動的女航天員,邁出了中國女性艙外太空行走第一步。神舟十四號航天員在空間站成功搭建“天橋”,航天員蔡旭哲通過“天橋”實現了首次跨艙段艙外行走,成為第一個到達中國空間站夢天艙外的人。神舟十五號航天員乘組完成了4次出艙活動,刷新了中國航天員單個乘組出艙活動紀錄。

        出艙時間拉長、出艙活動范圍擴大、出艙人數變多,中國航天員“太空漫步”越來越從容。這離不開20年來一項項關鍵技術的突破,例如掌握了推進劑補加技術、破解了電源系統難題、研制出空間站機械臂、實現了在軌組裝建造和在軌維修等。

        就拿小小的一根安全繩來說,神舟七號航天員翟志剛使用的安全繩是固定長度,有效長度僅有1米多。在空間站建造任務中,這根繩子變成了10余米長的鋼絲繩,而且能在狹小空間里進行上萬次、重復性的有序纏繞。這根在太空中聯結航天員和艙體的“生命線”,是我國科研人員不斷攻關取得的成果,協助航天員完成行走范圍更大、操作難度更高、安全要求更嚴格的出艙活動。

        令世人驚嘆的還有太空中多次實現“萬里穿針”的航天器空間交會對接。

        “不突破和掌握空間交會對接技術,建設空間實驗室、空間站的設想只能是空中樓閣?!痹谥袊d人航天工程總設計師周建平看來,空間交會對接技術是當今航天領域最為復雜的技術之一。

        神舟八號無人飛船與天宮一號成功對接,標志著我國在突破和掌握空間交會對接技術上邁出了重要一步;神舟九號和天宮一號聯手,圓滿完成了我國首次載人交會對接任務;神舟十號任務再次充分驗證交會對接技術;神舟十三號航天員乘組手控遙操作完成了天舟二號貨運飛船與空間站組合體交會對接試驗……掌握了空間交會對接技術,中國就有能力實現太空中人員和物資的可靠運送與補給。

        伴隨載人航天事業的發展,航天員的類型也更加豐富,包括了航天駕駛員、航天飛行工程師和載荷專家等。前不久,中國空間站空間科學與應用項目申報系統正式開通,神舟十六號航天員、中國空間站首位載荷專家桂海潮在太空發出了一起到“天宮”做科學實驗的邀請。未來,航天員選拔將更加開放。

        火箭朝著更可靠、更安全、更智能的方向變化,支撐中國航天邁向太空的腳步走得更穩更遠。守護航天員天地往返的“神箭”長征二號F運載火箭,用全戰全勝的成績完成從神舟一號到神舟十七號的全部發射任務。長征五號B運載火箭、長征七號火箭為空間站階段各項任務圓滿完成保駕護航。如今,新一代載人運載火箭長征十號也正在抓緊研制中。

        載人航天成果應用越來越廣泛

        神舟十一號任務時,我國首次在太空人工栽培蔬菜。航天員景海鵬在日記中這么寫道:“當時我和陳冬兄弟都非常高興,第一時間把這個好消息告訴了地面工作人員。我們拍了很多照片,還跟生菜芽合影留念?!?年后的2022年,中國航天員首次在太空過中秋,吃上了自己培育的新鮮生菜。航天員蔡旭哲評價:“口感很好?!?/p>

        “造船為建站,建站為應用”,這是中國太空之家的重要使命。20年來,從較小規模的“神舟”軌道艙,到中等規模的“天宮”空間實驗室,再到“天宮”空間站這個國家級太空實驗室,在太空做科學實驗的場地也不斷升級擴容。中國空間站已安排在軌實施了100多個空間科學研究與應用項目,4000余項成果廣泛應用于各行各業,國家太空實驗室空間應用有序展開,成果轉移轉化成效顯著。

        20年來,拓展的不僅僅是空間實驗場所,還有實驗種類??臻g站艙內可以部署25臺科學實驗柜,每臺實驗柜都是一個小型的太空實驗室,可以支持開展單學科或多學科交叉的空間科學實驗,整體達到國際先進水平。近幾次任務,航天員乘組的重要職責之一就是“解鎖”各類科學實驗柜,在空間站進行流體物理、材料科學、燃燒科學等科學實驗。

        從2013年神舟十號任務期間的首次太空授課開始,“天宮課堂”也越來越精彩。授課空間更大了,從天宮實驗室、空間站核心艙拓展到空間站問天艙、夢天艙;授課更流暢了,天地通信保障有力,神舟十三號任務時,數倍于5G網速的“太空寬帶”支持天地互動;講課教材更豐富了,航天員朱楊柱和桂海潮展示了眾多夢天艙里的科學實驗設備;授課方式更新穎了,神舟十四號航天員陳冬戴上混合現實眼鏡,演示植物樣品的采集操作……

        回首飛天路,逐夢新征程。目前,新一代載人飛船、月面著陸器、載人月球車等均在研制建設,我國載人登月任務已全面啟動。中國載人航天探索的腳步不會只停留在近地軌道,一定會飛得更穩、更遠。

        《 人民日報 》( 2023年10月27日 19 版)

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