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历时6个月神舟十三号和三位宇航员回家即将返回!但接下来的任务更艰巨

时间:2022-04-14 20:36:53

2021年10月16日0时23分,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭,在酒泉卫星发射中心按照预定时间精准点火发射,并在预定的时间内到达预定高度,发射圆满成功。


如今三位航天员已在太空中生活了整整6个月的时间,不但出色地完成了各项工作,还在太空中给地球上的我们上了几节太空知识课,深受大众的喜爱。

据航天局发布的消息,神舟十三号返回舱将于2022年4月中旬择日返回,三位宇航员就要乘坐返回舱回到地球,对于他们来说,这将是生命中最有意义的一次“旅行”,他们见到了蔚蓝的地球,也感受到了失重下的乐趣。

同时,他们也承受了不为人知的痛苦,他们一边承受失重环境下对身体带来的影响,一边完成各项试验任务。

在过去的六个月里,三位航天员完成多项科研成果,一起来看一下。


五大任务,为后续空间站建造保驾护航

在过去的六个月时间里,神舟十三号3名航天员保质保量地完成了五个方面的任务:

1、机械臂技术试验

在神舟十三号飞船还未起飞的时候,就引起了国际社会上的议论,议论最多的就是飞船上的机械臂。

在之前的神舟12号飞船上同样搭载了机械臂,这根机械臂曾在航天员出舱任务时大展身手,将一名宇航员跟电子设备迅速送至指定位置。

而此次神舟13号飞船所搭载的机械臂,将要开展的是机械臂辅助舱段转位、手控遥操作等空间站组装建造关键技术试验。


机械臂辅助舱段转位这项技术是建造空间站的关键之一,不但要抓着十几吨的庞然大物,精度也不能有丝毫差错,稍有差错,就可能造成实验舱和核心舱相撞,结果将是灾难性的。

更加困难的是,这种操作发生在太空,太空是失重的,而且机械臂和舱段的尺寸都非常的大,在地面上很难制造出太空那样的零重力环境,并开展全尺寸的设备验证和训练,所以只能通过模拟和仿真进行研究和验证。

在此次任务中,三位航天员和机械臂完美的配合之下,顺利的将一艘货运飞船与天宫空间站的核心舱进行对接,完美地验证了机械臂的技术验证,为接下来中国空间站的建设奠定了坚实的基础。


2、出舱活动

2021年11月7日,航天员翟志刚、王亚平身着我国新一代“飞天”舱外航天服,先后从天和核心舱节点舱成功出舱,而王亚平成为中国首位执行出舱任务的女航天员,迈出了中国女性舱外太空行走第一步。

本次出舱任务依旧是由三名航天员共同配合完成,两名航天员出舱,一名航天员留在舱内执行指挥与协作任务,但不同的是,有了神舟十二号乘组的经验,神舟十三号乘组从准备到出舱的速效率大大提升。


本次出舱任务,航天员在太空的时间长达6个小时,三名航天员在这6个小时内完成一项非常重要的工作,那就是安装大小机械臂的级联装置。

这次出舱的主要任务就是我们大小机械臂的级联装置的舱外安装,包括两个:一个是悬挂装置,另一个是转接件。

除了安装悬挂装置,级联装置中最重要的转接件,也要在这次出舱中安装完成,确保未来实验舱上的小机械臂与核心舱的机械臂顺利连接组合。


3、验证太空生活质量

空间站距离地面393公里左右,这个距离刚好是一种高真空、强辐射和微重力的环境。

而在空间站里面,是能够不受强辐射和高真空的影响,而微重力却无法通过空间站消除,在长时间失重的环境里生活,人体会发生什么样的改变,也是十三号航天员重要的任务之一。

事实表明,在6个月的失重环境下,航天员的身体发生很大的变化。


在太空停留6个月之后,航天员的身高会长高3%左右,这是由于在失重的环境中,人体不像在地面那样受挤压,脊椎周围的肌腱和韧带处于完全放松的状态增长。

但是,宇航员身高增长就是一种假象,在返回地球之后,在受到重力的影响下,身高会慢慢恢复到原来的高度,而这个过程,宇航员会出现不同程度的痛疼感,

另外,通过地空连线,我们看到宇航员的脸圆了很多,这可不表示在太空吃得比地面上好,而是人在微重力的影响下产生的不良现象。


人体内含水量较高,水含量占人体60%以上,大部分水以液体形式存在,血液中存在流动的水,细胞中存在支持各种化学反应的水,在地面上,人体受到重力影响,血液会往下沉,下肢血压更高,看起来下肢也更加浮肿一些。

太空站重力很微弱,航天员的血液不会沉到下肢部分,而是全身分布均匀。身体上部分充血量过多,会导致皮肤看起来更显浮肿,脸部的浮肿变化更加明显。除了血液上移导致脸部变胖,摄像机镜头拍摄的图像畸变,也让航天员脸部看起来更胖。

神舟十三号此行很重要的一个测试,就是进一步验证航天员在轨驻留6个月的健康、生活和工作保障技术,以此来完善后期我国长期在轨飞行的科学保障。


4、科学实验和科普教育

在轨的6个月时间里,3名航天员出来对空间站的日常保养以外,还进行了很多针对性的科研实验,这可科研成果有的会跟随3名航天员一起返回地球,有的会等待新的航天员照料。

3名航天员在轨期间,首次建立了空间条件下细胞的长期培养体系和细胞模型,利用这样的体系和培养模型,科研工作者完成了几项国际领先的生命科学实验。

中国航天员训练中心研究员、载人航天工程航天员系统副总设计师 李莹辉介绍说:

我们完成了国际上首例从人体尿液中的肾上皮细胞,通过基因重编程的方式,把它转化成生机勃勃的、具有多种功能的干细胞,又分化成为心肌细胞。通过基因编辑技术编辑了一个荧光蛋白,那么通过荧光蛋白的荧光,我们就看到在收缩过程中钙信号的闪烁过程,这也是国际上第一次看到了心肌细胞(在失重环境下)美丽的收缩过程。


另外,本次在轨期间,还有很多课题进行试验,其主要目的就是为今后中国航天员飞得更远,飞得更健康做一系列的验证。

根据在轨飞行期间的各项数据,科研人员会分析出最科学的生保体系,从而对后期载人飞行实施优化,确保每一位航天员的生命安全。

另外,从2013年神舟十号航天员乘组第一次太空授课,到2021年12月的第一次“天宫课堂”,再到2022年3月23日的第二次“天宫课堂”,太空授课吸引了越来越多的青少年。

翟志刚、王亚平、叶光富相互配合,生动演示微重力环境下太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验,深入浅出讲解实验现象背后的科学原理,同时展示了部分空间科学设施,介绍了在空间站的工作生活情况。

授课期间,航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了互动交流,这样的直播课对于很多青少年,甚至是中老年人都有深远的意义,我们不在活在课本里,而是真真切切的可以观察到在太空中的影响。

作为新时代的学生来说,一定要把握住这样难得的机遇,认真学习。


5、确认地空相辅的稳定性

无论是太空授课还是地空连线,这都是考核工程各系统执行空间站任务的功能性能,以及系统间的匹配性的过程。

要想完成这场天地通话,需要空间站、天链中继卫星和地面站的通信系统共同参与,为了完成地面人员与航天员之间的语音、图像等信息传输任务,中国电科在陆海空天、国内外各测控站点布设了多型号统一测控系统、遥测系统,这些地面测控系统与中继卫星,共同织就了立体通信测控网。

为了给地面传输清晰的画面,中国电科研制了多种天地图像编解码终端,可适应载人空间站多舱、多场景天地图像传输要求,实现语音、视频图像的双向传递,让航天员和地面人员进行实时交互,为天地联通构建可视化平台。

在“天宫课堂”的授课中,天地间实时通话的时延在1秒以内。

半年后的今天,3位航天员出色地完成了任务,即将踏上回家了路程,本次3位宇航员将首次运用快速返回的方案。


首次使用快速返回方案,宇航员等待返回的过程中持续锻炼

神舟十二号载人飞船在返回的时候,载人飞船和空间站舱段分离后围绕空间站进行绕飞,有时还会进行对接验证,然后伺机转入返回轨道,返回舱轨道舱脱离,返回舱返回地面,这一过程需要多次调整姿态和减速动作,耗费的时间通常要一天。

而“快速返回方案”是之前从未尝试过的飞船返回技术,快速返回和快速对接类似,载人飞船脱离空间站舱段后,直接就进入返回模式,朝着东风返回场出发,整个返回过程耗时只有几小时。

因为快速方案较以往差别很大,对宇航员身体机能的要求也相对更严,所以,在得到待命返回的通知后,三名宇航员就开始进行相应的锻炼,以提高在快速返回的过程中出现不适的情况。

为了保障航天员安全顺利返回地球,地面支持团队也进行着相关的准备,着陆场搜救队伍也在进行着各种演练。

然而,对于3位航天员来说,返回过程也是一项最未知的挑战。


返回路上的“黑障5分钟”

还记得神十二返回时的画面吗?

当时正在跟踪返回舱的信号突然消失,整个界面一片漆黑,所有人都屏住呼吸,静静地等待,这就是”黑障“现象。

飞船的降落速度是非常快的,每秒钟的速度可达7.9公里,以每秒七公里的速度飞速行驶着,在降落的过程中,返回舱和空气摩擦产生巨大的热量,局部温度可达2000摄氏度。

当返回舱穿越大气层到达距离地面80至90公里高度时,因为高速剧烈摩擦,在返回舱表面会产生等离子区,出现“黑障”现象,这时返回舱与地面暂时失去联系,不管是音画、图像,还是遥测信息全部中断,剩下的只有等待。

这对于飞船和航天员的心理都是严峻的考验,这一段最难熬的时光大约要三到四分钟,持续到返回舱距离地球约40公里处,“黑障”才会消失。

当返回舱成功穿越大气层下降到距地面约10公里高度时,飞船降落伞能否顺利打开,是飞船回收着陆系统人员最为关注的事情。

为了保证万无一失,飞船的返回舱上安装了主伞、备用伞两套降落伞系统,当降落伞系统出现故障无法打开时,备用伞系统也能够担当飞船返回重任。

当返回舱重重落地的那一刻,地面搜救人员会及时赶到,确保宇航员的生命安全,而宇航员虽然平安着陆,可对于他们而言,还要接受常人不愿接受的疼痛。


安全着路,后期需要静养很长时间

太空和地球是完全不同的两个环境,宇航员长期在太空中行动,身体一直处于一种失重的状态,宇航员返回地球之后,突然面临地球的重力,身体会很不适应。

首先宇航员行动不受自己控制,肢体不协调,这种情况就像我们在游泳池呆久了之后,突然从水里上岸会感觉身体很重,比平时费力很多。

长期在太空飞行的宇航员下肢骨骼肌萎缩,这种肌肉损失会影响所谓的“反重力肌肉”,包括小腿肌肉、股四头肌以及背部和颈部的肌肉。

宇航员进入太空之后,身体会变得很脆弱,贸然行动的话很可能会出现昏厥、呕吐、肌肉拉伤甚至可能出现生命危险。


这也是由于重力带来的影响,我们都知道太空是没有重力的,宇航员在失重状态下整个人都轻飘飘的,就像飘在水面一样畅快,但是我们在地球上生活了几十年,我们的内脏器官已经适应了有重力的环境。

在失重状态下,人体的内脏之间的相互作用力消失了,人的前庭器官由于失重,无法与周围神经细胞接触,从而无法向中枢神经传递位置信号。由此会对呼吸、消化、循环、排泄、发汗等功能产生一系列的负面影响。

所以,为了保护宇航员们的身体,他们返回地球之后,一般都会在飞船的舱内休息几十分钟,然后会被人抬着出来,保持在飞船上的坐姿接受媒体采访。

值得一提的是,宇航员一生中椎间盘突出的发生率是普通人的4.3倍,颈椎突出的发生率是平民人口的21.4倍,而飞行后的第一年发生疝气的可能性要高出正常人35.9倍。

介于这种情况,宇航员在返回地面后,就会有专人负责他们的适应性训练,这也是全面保证宇航员健康最重要的一步。

在神舟十三号返回之后,空间站将会有一段时间处于无人驻留的状态,因此,在离开之前,神十三的航天员对空间站内部进行全面打扫和清洁。

此外,航天员还将会把空间站设置成无人飞行模式,而随着3名宇航员顺利着陆,接下来的任务则更加艰巨。

在神舟十三号成功返回地球,空间站的关键技术得到验证后,我国将进入空间站的全面建造阶段。

接下来,问天和梦天两个实验舱将于年内发射升空,与核心舱对接,组成完整的空间站,这才是接下来最重要的任务。


三人归,六人飞

在神舟十三号返回舱还在天上漂浮的时候,神舟十四号飞船已经整备待发,

地面上的神舟十四号也已经在酒泉卫星发射中心待命了6个月,早在神舟十三号发射之初就已经准备好。

这就是“发射1发、备份1发”的新常态、新模式,这一切都是为了确保空间站上航天员的安全。

在中国空间站在轨建造阶段,我国今年将会相继发射神舟十四号、神舟十五号两艘载人飞船前往空间站。

与此前的神舟十二、十三号一样,神舟十四、十五号每次也都是载着三名航天员进入太空。

根据中国载人航天工程办公室,目前神舟十四号、十五号的航天员乘组都已选定,6位航天员正在进行训练。

不过,具体是哪几位航天员暂未公布,为接下来的一系列任务做好准备。

值得一提的是,接下来神舟十四号宇航员将与神舟十五号航天员在空间站相见,这在我国也属于首次,届时空间站同时有6名航天员。


结语:

如今飞天对我们来说不再是梦想,已经成为了现实。

我们现在唯一能做的就是为神舟十三号宇航员祈福,期盼他们平安归来。

每一位宇航员都是中国最宝贵的财富,在他们光鲜的背后,默默承受着不为人知的痛苦,这一切都是为了国家发展。

神十三、神十四、神十五之后,我国每年还也会发射两艘货运飞船,等到那个时候,中国空间站将成为唯一。