交匯點訊 “太空出差”不停歇!9月17日中午,在“天宮二號”空間站在軌90天的三位航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波“搭乘”神舟十二號,順利回到“地球表面”。半個月後,他們的“接力選手”即將搭乘神舟十三號,再度進入中國空間站,開啓爲期半年的新一輪“出差”之旅。載人飛船的發射爲何如此頻繁?航天員們在空間站裏,將經歷怎樣的奇妙“探險”?記者特邀江蘇航天領域專家進行解讀。

圖片來源:視覺中國

返回艙撤離後爲何繞圈圈?

爲神舟十三號 “鋪路”

9月16日上午,神舟十二號已經完成了撤離後與空間站組合體的繞飛及徑向交會試驗,成功驗證了“徑向交會”技術。所謂“徑向交會”,就是指航天器從空間站組合體的下方垂直向上對接。此前,我國在太空進行的航天器交會對接,都是水平方向的,包括前進方向交會和後方交會。

江蘇省天文學會科普專家、南京大學天文與空間科學學院副教授湯靖師解釋,以往飛船前向和後向對接是處於一個追趕的狀態,而到了徑向對接的時候,空間站保持平飛狀態,需要飛船豎立飛行或者俯仰飛行,比平飛狀態要更復雜。“在中國空間站的建造計劃中,將來會有兩艘載人飛船同時停靠,這一次神舟十二號飛船停靠的是前向對接口。而如果增加一艘載人飛船,就要停靠在節點艙下方,面向地球的徑向對接口。”

據介紹,這次的技術驗證是在爲神舟十三號 “鋪路”,神舟十三號將以這種方式與天和核心艙對接。這項技術難度極大,此前還未在太空中進行過驗證。不少讀者在9月16日的新聞報道中都注意到,於空間站撤離後的神舟十二號,並沒有立馬開始“返航”,而是繞着空間站“轉悠”了幾圈。這可不是“依依惜別”,南京航空航天大學航天學院康國華教授介紹,“轉悠”主要和着陸點有關,在圍繞空間站“轉悠”的過程中,神舟十二號同步在調整自己的位置和姿態,以確保正式返航前達到最佳的狀態。

南航航天學院聞新教授告訴記者,神舟十二號在返回時,是以自由落體的方式進入大氣層的。經過大氣層時,還有一段比較危險的“黑障”路程,這段路程不在地面測控中心“視線中”,無法和地面進行通訊,大約持續六分鐘。其實“黑障”的原理很簡單——返回時,航天器跟大氣會產生劇烈的摩擦,摩擦時的燃燒過程會將艙體表面的物質變爲一種等離子態。由於電磁波信號無法穿透這種等離子態物質,也就導致了失聯,就像“黑色的屏障”一樣。神舟十二號返回過程中,雖然黑障阻礙了飛船和地面的通訊,但此次藉助“預測制導”技術,可以藉助北斗系統的導航信息提高預測制導導航的精度,確保返回落點精準。

爲何密集“排兵佈陣”?

儘快調整空間站工作狀態

神舟十二號的任務已經圓滿完成。但聞新教授告訴記者,這只是中國航天事業的一個“逗號”,在海南文昌,天舟三號已經整裝待發,爲國慶期間即將發射的神舟十三號載人飛船先去太空“送快遞”,將新一組航天員進入太空所需的物資提前先送進空間站。

這無疑是“兵馬未動,糧草先行”的現代版詮釋。據悉,跟隨神舟十三號上天的航天員乘組將依然由三人組成。神舟十二號纔剛回來不久,爲啥神舟十三號就這樣“急吼吼”發射?康國華教授認爲,一方面是因爲我國有能力確保、支撐這樣密集頻繁的發射工作。另一方面,考慮到空間站壽命有限——大約10年左右,需要儘快完成空間站前期的組裝和裝修工作。“在條件允許的情況下,我們希望能在短時間內將空間站調整到可供開展科學實驗工作的、全功率、滿負荷的工作狀態。”

不少網友好奇,“天宮”空間站裏是不是隻有“三個牀位”,所以需要前三人先“回地球”,後續的三名航天員才能繼續上去?其實並非如此。據報道,除了核心艙的三個牀位,空間站在實驗艙還有三個牀位,而且空間更大,更舒服。“這有點類似凌晨頭一班高鐵需要空車運行測試線路狀態,空間站在前期也需要這樣必要的‘空車’。”康國華解釋道,“空間站目前還處在試運行階段,這個階段,各方面的設備功能還沒有完全運轉起來。等到後期進入常態化工作,纔有可能進入滿員狀態。”

在康國華看來,中國航天的特點就是“穩紮穩打”。“航天工程很難實現彎道趕超,我們一定是先到月球,充分驗證測控着陸技術,做好技術保障之後,才能去火星。我們不盲目追求高大上的目標,就按自己的步子走,所以才能看到神十三接着神十二這樣的密集的排兵佈陣。”

記者瞭解到,載人航天工程“三步走”戰略已經走到了第三步。我國載人航天工程從上世紀90年代開始啓動,規劃了“三步走”的戰略。中國科學院院士、中國航天科技集團科技委主任包爲民介紹,按照空間站建成規劃,一共要進行11次發射,“到明年10月份左右,我們的建造工作就做完了,做完以後可能神舟十五號上來,神舟十五號的乘組和神舟十四號乘組,他們要在天上交替10天。屆時我們航天員在上面最多有6個人,那是人數最多的一段時間。”

“天宮二號”的第一批訪客,年輕其實都不算小。根據已經公開的信息,航天員聶海勝出生於1964年,劉伯明出生於1966年,最年輕的湯洪波也出生於1975年。“太空訪客”裏,未來是否會出現更爲年輕的面孔?

聞新教授表示,航天員的培養是一個長期的過程,“比如,要具備一定的飛行技術和飛行時長,還要經歷重重考驗。這需要很長時間,因此航天員的年齡‘年輕不了’。最年輕也得四十多了。”據悉,在今後一段時間內,中國航天員到訪空間站的“組合”構成依然會以“老帶新”的組合爲主,“全是新人上天,會缺少經驗。這一次跟隨神舟十二號到訪空間站的聶海勝,就已經是第三次去太空了,經驗足夠豐富,能夠擔當指令長的重任。”

未來中國的“天宮”什麼樣?

將打造成全新的“科研太空站”

今年4月29日,中國空間站“天和”核心艙成功發射入軌,標誌着中國空間站在軌組裝建設全面展開。中國空間站命名“天宮”,基本構型包括1個核心艙和2個實驗艙,整體呈“T”字構型,核心艙居中,“問天”實驗艙和“夢天”實驗艙分別連接於兩側。

湯靖師介紹,作爲中國空間站的第一個艙段,“天和”核心艙全長16.6米,最大直徑4.2米,發射質量約22.5噸,是空間站的管理控制中心。此外“天和”核心艙還具備交會對接、轉位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障空間科學實驗等能力。核心艙的可再生生命保障系統還能實現水和氧氣的循環利用,降低補給需求,讓航天員實現更久的在軌停留。

“天和”核心艙是空間站的管理控制中心,那麼“問天”實驗艙和“夢天”實驗艙承擔着艙內、艙外空間科學和技術試驗等科研任務。中國科學院空間應用工程與技術中心主任高銘在接受公開採訪時表示,中國空間站在空間生命科學與人體研究、微重力物理科學、空間天文與地球科學,以及空間新技術與應用等4個重要領域制定了系統的、長期的規劃,將研製一大批科學研究設施,支持在軌開展1000餘項研究項目。

空間生命科學與人體研究要深入研究空間環境各因素對生命體細胞、組織、器官等各層次的影響與作用機理,探索認知生命體太空生長發育與繁衍規律及人類太空長期生存面臨的健康保障問題,並利用空間特殊環境發展創新的藥物和醫療技術。

微重力物理科學主要研究物質運動的本質規律,建立空間高精度時間頻率系統,進行廣義相對論高精度檢驗、全球重力位測量等研究;實現100pK超低溫玻色-愛因斯坦凝聚(BEC),開展極端條件下超冷原子物理、低溫量子相變等基礎前沿實驗;開展多相流與相變傳熱、基礎燃燒特性與機理、新材料空間製備等研究及應用。

天文與地球科學領域利用巡天光學望遠鏡、高能宇宙輻射探測設施等天文觀測設施,開展長期深入的天文觀測研究,研究暗物質與暗能量、宇宙線起源、宇宙形成與早期演化等重大問題;着眼全球氣候變化等關係人類社會可持續發展,發展對地觀測新技術和新體制。

空間新技術與應用領域主要發展在軌制造與建造、空間機器人與自主系統、空間信息及精密測量等空間新技術,提升人類探索、開發與利用太空的能力。

新華日報·交匯點記者 楊頻萍 張宣 實習生 王鯤鵬

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