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離開地球半年,回地球要注意點兒啥? 2022-04-17 13:35:05  來源:36氪

「文章劃重點」

1、這次返回為何被很多專家稱贊為“最精準(zhǔn)”的一次返回操作?

2、已經(jīng)習(xí)慣了太空環(huán)境的航天員,要多久才能再次適應(yīng)地球?會面臨哪些挑戰(zhàn)?

3、神舟十三號成功返回標(biāo)志著空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段畫上圓滿句號。那么這次任務(wù)期間都驗證了哪些關(guān)鍵技術(shù)?

4、對于中國空間站,接下來我們可以繼續(xù)期待什么?

圖源:新華社

“北京,我已安全著陸,返回艙順利。”

北京時間2022年4月16日9時56分,神舟十三號載人飛船返回艙成功在東風(fēng)著陸場預(yù)定區(qū)域著陸, 著陸時呈罕見的直立狀態(tài)——在專家看來,這是最理想的著陸狀態(tài),航天員受到的沖擊最小。

想要返回艙以這樣的落地姿態(tài),取決于航天員是否在正確的時間點“砍”斷降落傘的繩索,稍有偏差,返回艙就會傾斜,或者被降落傘拽倒。中國載人航天的13次飛天中,除了本次的神舟十三號,只有神舟六號實現(xiàn)了直立落地。

讓返回艙直立落地,只是實現(xiàn)成功返航的諸多挑戰(zhàn)中的一個。

返回地球比去太空更難

想要從太空成功返回地球,某種意義上可能比去往太空更難。

飛船在太空上沿著圓形的軌道周而復(fù)始環(huán)繞,神舟飛船返回時,腳下的地球就像自動滑艇一樣持續(xù)轉(zhuǎn)動,飛船需要在軌道上等待合適的時機(jī),才能降低軌道往下跳。

返航前,航天員要換上出征時穿過的艙內(nèi)壓力服;返回艙進(jìn)入大氣層后,其底部溫度將高達(dá)上千攝氏度,艙內(nèi)出現(xiàn)震動噪聲過載現(xiàn)象,還會經(jīng)歷4-6分鐘“黑障區(qū)”,暫時與地面失去聯(lián)系。

細(xì)分起來,神十三返回地球大致分5步:

①分離撤離:人上“神舟”飛船,與空間站組合體分離;

②制動離軌:飛船通過調(diào)姿、制動、減速,從原飛行軌道進(jìn)入返回軌道;

③慣性滑行:等待再入時機(jī),飛船推進(jìn)艙和返回艙分離;

④再入大氣層:返回艙穿越黑障、經(jīng)歷考驗;

⑤著陸:開傘、反推、落地。

作為我國目前在軌駐留時間最長的載人飛船,神舟十三號的返回之路也占了一個“最”字——最快。2022年4月16日0時44分,神舟十三號載人飛船與空間站天和核心艙成功分離。分離前,航天員乘組在地面科技人員的配合下,完成了空間站組合體狀態(tài)設(shè)置、實驗數(shù)據(jù)整理下傳、留軌物資清理轉(zhuǎn)運等撤離前各項工作。9個多小時后,神舟十三號就已抵達(dá)著陸點。與以往飛船二十多個小時的返程相比,實在不止快了一點點。

這種快源于我國載人飛船首次采用的快速返回方案。北京航天飛行控制中心載人飛船任務(wù)副指揮楊彥波表示,相對于空間站,飛船的空間較狹小,快速返回方案是為了減少航天員在飛船內(nèi)的停留時間。

為了實現(xiàn)快速返回方案,他們設(shè)置了撤離和返回一體的設(shè)計程序,并充分考慮著陸場的氣象條件,確保返回的順利安全。為了確保安全,還調(diào)用了兩顆中繼衛(wèi)星測控。于是,原本需要繞行地球十幾圈才能才能確定的返回軌道,神舟十三號僅用了5圈,就完成了軌道精準(zhǔn)預(yù)報與返程控制。

在此期間,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)起到了重要作用。飛船上的計算機(jī)根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)來制定最合適的加速和變軌方案,大大減輕了地面工作人員的工作負(fù)擔(dān),保障了整個返回過程的精確度。

重新適應(yīng)地球

返回艙艙門打開后,醫(yī)監(jiān)醫(yī)保人員確認(rèn)翟志剛、王亞平、葉光富三位航天員身體健康。不過這并不意味著,他們能夠立刻融入到地球的正常生活之中。

離地近400公里的軌道上,中國空間站每90分鐘便可繞地一周,為航天員們每天帶來16次日升與日落。

神十三乘組就這樣在外太空生活了183天,一方面刷新了中國航天員單次飛行任務(wù)太空駐留時間的紀(jì)錄;另一方面,長時間駐守在強(qiáng)輻射、微重力的太空,也給他們的身體帶去了一定的負(fù)擔(dān),其中就包括輻射引起的疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)變化等。

在他們之前,神十二乘組在太空“出差”了三個月,返回地球后,恢復(fù)了約半年時間才能投入到正常的工作生活中,對于刷新駐守太空時間紀(jì)錄的神十三乘組,恢復(fù)期只會更長。

然而,人類的身體難以消受的太空,卻為人類開展生命科學(xué)研究提供了便利條件。依托中國空間站和神舟十三號,我國首次建立了空間條件下細(xì)胞的長期培養(yǎng)體系和細(xì)胞模型。利用這樣的體系和培養(yǎng)模型,科研工作者完成了幾項國際領(lǐng)先的生命科學(xué)實驗。

比如國際首例從人體尿液提取腎上皮細(xì)胞,并通過基因重編程形式轉(zhuǎn)化為干細(xì)胞,再分化心肌細(xì)胞的實驗??茖W(xué)家們用基因編輯技術(shù)編輯了一個熒光蛋白,通過熒光蛋白的熒光,實現(xiàn)了人類歷史上首次觀測失重條件下的心肌細(xì)胞“鈣信號閃爍”過程。

在此基礎(chǔ)上,利用心肌細(xì)胞對重力敏感的特性,根據(jù)航天員在軌實驗觀測,比對心肌細(xì)胞在重力條件下和失重條件下的收縮過程以及收縮特點,更好地研究失重對人類的影響。這可以幫助人們了解失重條件下的心血管變化特征,為心臟病的發(fā)生乃至人體的再生與衰老提供了非常好的實驗?zāi)P汀?/p>

空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段收官

神舟十三號載人飛船創(chuàng)造了我國載人航天史上多個首次,比如說首次駐留了六個月,首次具備了空天救援能力,首位進(jìn)行出艙活動的中國女航天員王亞平……作為中國空間站第2次載人飛行任務(wù),本次任務(wù)同時也是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段的收官階段。

神舟十三號的成功返回正標(biāo)志著空間站在關(guān)鍵技術(shù)驗證階段畫上圓滿句號。

2021年4月29日,中國空間站任務(wù)首發(fā)飛行器——天和核心艙成功發(fā)射,踏上了探索宇宙的征程。天和核心艙,我國迄今為止研制的最大最復(fù)雜的航天器,不僅要搭載航天員長期駐留,還要在軌開展大量科學(xué)實驗和技術(shù)驗證,而這一切都需要充足的電力作為支撐。為此,科技人員為它量身定制了新的太空“翅膀”——柔性太陽電池陣。

相較于傳統(tǒng)太陽電池陣,柔性太陽翼單板厚度不足1mm,單位面積重量僅為傳統(tǒng)太陽電池陣的一半,不僅可以重復(fù)展收,發(fā)電能力也提升了1倍,并且大大延長了航天器的壽命。

除了充足的能源供應(yīng),在載人環(huán)境控制方面,核心艙配置了再生式生命保障系統(tǒng),實現(xiàn)了艙內(nèi)氧氣再生、二氧化碳等人體代謝產(chǎn)物的處理和有害氣體的去除,并實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用,保障航天員在軌長期駐留,大量減少了氧氣、水等消耗品的上行攜帶量。配置有主動溫控流體回路,也就是空調(diào)系統(tǒng),保證空氣溫度、濕度和儀器設(shè)備工作溫度在適宜范圍內(nèi),確保駐留的安全性和舒適性。

中國航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計師柏林厚在接受采訪時說:“我們采用再生生保技術(shù),可以把艙里面收集到冷凝水或者是航天員的尿液循環(huán)利用,把它處理成飲用水。同時我們會把它電解成航天員能夠使用的氧氣。這也是我們首次使用。整個系統(tǒng)一直運行得非常好,神十二乘組3個月的駐留期間,以及神舟十三號乘組6個月的駐留期間,我們使用的都是再生的資源?!?/p>

神舟十三號任務(wù)期間,通過機(jī)械臂輔助艙段轉(zhuǎn)位、手控遙操作等試驗,檢驗了機(jī)械臂輔助艙段轉(zhuǎn)位的可行性和有效性,驗證了空間站艙段轉(zhuǎn)位技術(shù)和機(jī)械臂大負(fù)載操控技術(shù)。

另外,中國的空間站常用的對接口有3個,由于之前空間站天和核心艙的前向端口已經(jīng)被天舟二號貨運飛船對接,后向端口上又連接著天舟三號,神舟十三號飛行任務(wù)只能從徑向進(jìn)行對接。軸向?qū)觾H需要飛船跟空間站保持在一樣的軌道高度上,神舟十三號采取的徑向?qū)泳鸵鼜?fù)雜得多。對接成功之后,神舟十三號的??匡w行時間隨之增加至6個月。

在軌一年間,載人航天工程共完成了5次發(fā)射任務(wù),在軌驗證了7大關(guān)鍵技術(shù),包括:空間站推進(jìn)劑補加、再生生保、柔性太陽電池翼和驅(qū)動機(jī)構(gòu)、大型柔性組合體控制、組裝建造、艙外操作、在軌維修。利用任務(wù)間隙,航天員還進(jìn)行了2次“天宮課堂”太空授課,以及一系列別具特色的活動,比如在天宮開畫展,在元宵節(jié)彈古箏。

中國空間站將進(jìn)入建造階段

圖源:中國航空

隨著神舟十三乘組的平安返回,中國空間站將迎來一次改頭換面的大改造。

科研人員將對空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證情況進(jìn)行全面評估,結(jié)果滿足要求后,空間站轉(zhuǎn)入建造階段。這一階段將依次發(fā)射天舟四號貨運飛船、神舟14載人飛船、實驗艙Ⅰ和實驗艙Ⅱ,以及天舟五號貨運飛船和神舟15號載人飛船,共計六艘航天器,最終完成T字構(gòu)型空間站組合體的建造,整個組裝建造過程將歷時約七個月。

中國空間站建造完成后,將持續(xù)開展航天員駐留以及多領(lǐng)域空間科學(xué)和技術(shù)實(試)驗,艙內(nèi)活動空間將超過110立方米,提供6個睡眠區(qū)和2個衛(wèi)生區(qū),可實現(xiàn)長期3人、短期6人駐留。

據(jù)了解,今年將發(fā)射2個空間站實驗艙、2艘載人飛船、2艘貨運飛船,并將6名航天員送入中國空間站。執(zhí)行空間站建造階段2次載人飛行任務(wù)的航天員乘組已經(jīng)選定,目前已經(jīng)開始任務(wù)訓(xùn)練。

*參考資料:

科技日報、中國網(wǎng)、中國航天科技集團(tuán)、我們的航天、央視新聞、中國科普博覽等。

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