聚焦神舟十號飛天

圣敏

2013年6月11日17時38分，在地動山搖般的轟鳴聲中，托舉神十飛船的長征二號F火箭騰空而起，把一團(tuán)橘紅色的烈焰留在了湛藍(lán)的大漠長空。搭載著3名航天員的神舟十號飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，中國天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)首次應(yīng)用性太空飛行拉開序幕。從1999年神舟一號飛船成功發(fā)射至今，我們見證著國內(nèi)航天科技從無人巡航到載人飛行，從太空繞行到建立空間站，從航天員出艙到兩個航天器組合飛行的穩(wěn)步發(fā)展。這次執(zhí)行任務(wù)的神舟十號飛船，到底有些什么亮點(diǎn)？它跟以往的航天飛船相比又有了哪些改進(jìn)呢？

神舟系列飛船發(fā)展歷程

神舟系列航天飛船距今已經(jīng)發(fā)展至第十代，其在功能上亦從簡單的太空軌道繞行，發(fā)展到載人飛行、物資運(yùn)送、空間站對接等多項(xiàng)任務(wù)。這跟我國航天技術(shù)的發(fā)展和太空空間站建設(shè)的藍(lán)圖有著重要的關(guān)系。

從“神五”任務(wù)成功至“神十”，中國已經(jīng)成功完成了5次載人航天飛行。我國載人飛行的時間間隔變得越來越短，這正顯示了我國航天技術(shù)的日趨成熟。

載人飛行技術(shù)發(fā)展成熟，就意味著飛船的生產(chǎn)工藝逐步穩(wěn)定下來。尤其是“神八”正式為飛船定型后，很多設(shè)備就可以量產(chǎn)、精細(xì)化，飛船研制成本有所下降的同時，制作質(zhì)量也有所提高，研制周期也相應(yīng)縮短。同時，隨著測試流程的優(yōu)化，飛船測試效率會更高。

負(fù)責(zé)調(diào)試神舟飛船的航天科技八院805所專家就有著自己的體會：“在‘神七之前，我們每次在酒泉基地一待就是3個多月，到了‘神八‘神九時，2個月就能完成任務(wù)，因?yàn)榧夹g(shù)的成熟帶動了效率的提高?！倍搅恕吧袷?，從2013年5月2日運(yùn)抵酒泉開始調(diào)試至正式發(fā)射，僅僅用了1個月多一點(diǎn)的時間。

另一方面，從“神五”到“神十”，載人飛船在太空中的飛行時間越來越長，搭載的航天員有所增加，而他們所肩負(fù)的任務(wù)也從簡單的觀測逐漸轉(zhuǎn)向空間實(shí)驗(yàn)等更復(fù)雜的項(xiàng)目。在這樣的前提下，我們有理由相信，日后載人航天飛行的間隔會繼續(xù)縮短，飛行時間也會進(jìn)一步加長，同時每次飛行所承載的任務(wù)將會更多。

下面的表格列出歷代神舟航天飛船的發(fā)射時間、搭載的航天員以及其所執(zhí)行的任務(wù)。

展示神舟十號真面目

外形、體積、材料

神舟十號飛船整體長約9米，重量約8噸，最大直徑2.8米，繼續(xù)沿用資源艙（推進(jìn)艙）、返回艙和氣閘艙（軌道艙）的三艙結(jié)構(gòu)，并帶有一些附加部件。其中，資源艙內(nèi)含推進(jìn)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、環(huán)境控制和部分電源，兩邊各有一對太陽能電池板翼，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，為飛船供給能量；返回艙內(nèi)含降落傘和反推力火箭，是航天員返回地球時所處的空間；氣閘艙則是航天員日常工作和生活的地方，支持航天員出艙活動，一端的對接機(jī)械裝置和艙外部配備的跟蹤測量裝置則是用于與空間站（天宮一號）進(jìn)行對接。

按照示意圖比例進(jìn)行粗略計(jì)算的話，航天員所生活的氣閘艙，內(nèi)部空間不超過18立方米，活動的空間其實(shí)并不大。如果再扣除各種儀器和工具所占據(jù)的地方，整個空間更是顯得擠迫。不過，考慮到太空中失重的狀態(tài)，航天員活動并不像在地球上靈活，加上日常的活動和工作任務(wù)相對單一，密集的空間在這里倒也不算什么大問題。

神舟十號的機(jī)身外殼，采用的是航天級別的鋁合金，它有著很高的熔點(diǎn)、機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕能力，這樣就能保證飛船在執(zhí)行任務(wù)和返回的時候，不會受太空垃圾碎片、高溫等因素影響，保持完好的狀態(tài)。

為了適應(yīng)嚴(yán)酷的飛行環(huán)境和減輕結(jié)構(gòu)重量，神舟十號飛船的關(guān)鍵部位選用了高性能復(fù)合材料，這種由國內(nèi)大學(xué)材料研究所研制的特種紡織增強(qiáng)材料成為首選增強(qiáng)骨架材料，具有重量輕、強(qiáng)度高、抗燒蝕的優(yōu)異性能，同時減輕了結(jié)構(gòu)重量，顯著提高了飛船的性能，同時也能保證航天員在返回地球時，返回艙的溫度保持在相對較低的水平，不會被外部熾熱的高溫所傷。

運(yùn)送火箭及推進(jìn)器

跟前面幾代飛船一樣，神舟十號所使用的運(yùn)載火箭長征二號F遙10（CZ-2F Y10）火箭是長征二號F（CZ-2F）系列的改進(jìn)版，而后者則是在長征二號捆綁運(yùn)載火箭的基礎(chǔ)上按照發(fā)射載人飛船的要求，以提高可靠性、確保安全性為目標(biāo)研制的運(yùn)載火箭。在“神十”之前，天宮一號空間站和另外9艘神舟飛船，都是以長征二號F系列火箭運(yùn)載上天的。

搭載神舟十號飛船的CZ-2F Y10火箭全長58.3米，起飛質(zhì)量479.8噸，采用兩級半的構(gòu)形。整體由箭體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動力裝置系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、推進(jìn)劑利用系統(tǒng)、故障檢測處理系統(tǒng)、逃逸系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)、外測安全系統(tǒng)和附加系統(tǒng)及地面設(shè)備系統(tǒng)共10個系統(tǒng)組成。而神舟十號飛船，則藏身在火箭筒內(nèi)部二級氧化劑箱的頂端。

長征二號F火箭上增加了自動故障檢測處理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)可以在飛船待發(fā)射階段和上升階段自動進(jìn)行故障檢測，一旦有問題它會自動報(bào)警。假如航天員正在塔架上尚未進(jìn)艙，他們可以就近跳進(jìn)塔架上的逃逸布袋，像乘軟滑梯一樣從上面一直滑到地下室的安全地區(qū)；假如航天員已經(jīng)進(jìn)艙，這套系統(tǒng)可以指揮火箭頂部的逃逸塔自動點(diǎn)火，把飛船返回艙拽離火箭，安全降落。

為了保證航天員的安全，長征二號F火箭還取消了其他火箭一旦姿態(tài)不穩(wěn)便自動自毀的功能，改配逃逸系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)意外時，它就可以隨時啟動。逃逸塔在飛船的頂部，塔高8米，從遠(yuǎn)處看像是火箭上的避雷針。它的任務(wù)是在火箭起飛前900秒到起飛后120秒時間段內(nèi)，也就是飛行高度在0～40千米時，萬一火箭發(fā)生故障，它可以拽著軌道艙和返回艙與火箭分離，并降落在安全地帶，幫助飛船上的航天員脫離險(xiǎn)境。

飛船設(shè)備

在飛船設(shè)備上，神舟十號基本上繼承了神舟九號的設(shè)計(jì)。由于神舟十號是基于神舟九號進(jìn)化的量產(chǎn)型載人航天器，制造技術(shù)方面已逐漸定型，制作工藝上則更加精細(xì)化控制，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

以太陽能電池翼為例，當(dāng)載人飛船飛入太空后，折疊的太陽能電池翼會展開，讓飛船從太陽光照中獲取能量支持其持續(xù)飛行。而在神舟十號上，太陽能電池翼除了鉸接處有所改進(jìn)外，電池基板制作時的用膠量、固化工藝等方面也有著嚴(yán)格的控制，讓太陽能電池翼在保持同樣的重量下，基板結(jié)構(gòu)的性能更強(qiáng)。

除此之外，“神十”飛船的艙內(nèi)設(shè)備布局也有了一定的優(yōu)化。例如攝像頭的設(shè)置，在“神九”的基礎(chǔ)上作出了一些調(diào)整，以保證在飛船發(fā)射、運(yùn)行過程中，地面方可以對整船狀態(tài)進(jìn)行更好、更全面的監(jiān)控。

衛(wèi)生間、睡眠艙等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

在太空飛行的半個月里，睡眠艙、衛(wèi)生間等便成為了航天員每天生活離不開的場所，這些地方的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)將直接影響到航天員生活的舒適程度。另一方面，由于神舟十號上載有女性航天員，如何解決男女共處一室和生活習(xí)慣上的差異，就成為了相當(dāng)關(guān)鍵的問題。

睡覺 各有各的“私人睡眠站”

享受太空美妙的夜晚安然入睡，對執(zhí)行任務(wù)的航天員來說至關(guān)重要。在神舟十號的氣閘艙上，每個航天員都有一個獨(dú)立的“私人睡眠站”。

這個“睡眠站”類似于地面上的床，它的一面墻體上豎立有一個大抽屜，將抽屜拉開后就是一個大型的“墻體床”，不睡覺時大抽屜就能收回去，保存航天員日常使用的私人用品。此外，“睡眠站”還包括閱讀臺燈、一個書桌、衣服抽屜以及一個睡袋，航天員在值班空檔間需要小睡一會，或者看看書放松一下，都可以在“睡眠站”上解決。而為了照顧女航天員，艙內(nèi)還加裝了簾子，為她們分隔獨(dú)立的睡眠區(qū)，騰出屬于她們專有的空間。

不過，在太空失重的環(huán)境下，航天員其實(shí)很難像在地球上平臥著睡，所以他們所用的睡袋都是固定在墻上，避免睡覺時漂浮在空中到處亂碰。形象地說，這樣的睡眠方式其實(shí)就像附在樹上的繭。而且，由于飛船在24小時之內(nèi)環(huán)繞地球多次，日出日落交替頻繁，要沿用“日出而作、日落而息”的作息方式并不現(xiàn)實(shí)，要想知道自己睡了多久，還得以地面上的時間為準(zhǔn)。

如廁 獨(dú)立空間中的真空“吸便器”

在飛船上，如果航天員需要如廁，就需要到衛(wèi)生間解決。衛(wèi)生間里設(shè)有專用的集便器，航天員使用時需要扎好馬步，對準(zhǔn)集便器的大小便孔，然后借助太空的“真空吸力”將排泄物吸到相應(yīng)的收集容器——好吧，在太空中如廁并不像地面那樣簡單，這真的是一門“技術(shù)活”。當(dāng)然，既然有女航天員在艙內(nèi)，衛(wèi)生間里準(zhǔn)備了兩種不同的“集便器”，并有一扇門將它們分隔開，男女有別嘛。

洗漱 免沖洗清潔用品

由于在太空上沒有重力，所以洗臉?biāo)⒀缹教靻T來說是件非常麻煩的事：洗臉一般只用濕毛巾往臉上擦幾下，防止水亂飄；刷牙、洗發(fā)時所用的清潔產(chǎn)品也是特制的，除了成分天然，最重要的一點(diǎn)就是“免沖”，盡量避免產(chǎn)生水滴和飛沫——因?yàn)樗谑е貭顟B(tài)下會分散成一粒粒的小水珠，被吸入體內(nèi)后，輕則被嗆得咳嗽幾下，一旦進(jìn)入肺部更有可能危及生命；即使沒有被吸入人體，打在控制區(qū)的精密儀器上也不見得是好事。

至于洗澡的問題，“神十”的氣閘艙和對接的天宮一號上都沒有淋浴間和浴盆，要像在地面上淋浴的話是不可能的，一是安全問題，二是水在太空中本身就是“稀缺資源”。因此，航天員的個人清潔，主要還是以經(jīng)過消毒的毛巾擦拭為主。而考慮到“神十”上的空間不足，航天員要洗澡擦身的話就要到天宮一號中設(shè)置的兩個獨(dú)立睡眠區(qū)中進(jìn)行，除了地方較為寬裕，也可以保護(hù)航天員的隱私。

解密神舟十號任務(wù)

此次神舟十號飛船的任務(wù)主要有四項(xiàng)：一是為天宮一號目標(biāo)飛行器在軌運(yùn)營提供人員和物資天地往返運(yùn)輸服務(wù)，進(jìn)一步考核交會對接技術(shù)和載人天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的性能；二是進(jìn)一步考核組合體對航天員生活、工作和健康的保障能力，和航天員執(zhí)行飛行任務(wù)的能力；三是進(jìn)行航天員空間環(huán)境適應(yīng)性和空間操作工效研究，開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和航天器在軌維修等試驗(yàn)，首次開展我國航天員太空授課活動；四是進(jìn)一步考核工程各系統(tǒng)執(zhí)行飛行任務(wù)的功能、性能和系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性。

神舟飛船進(jìn)入應(yīng)用性飛行階段

應(yīng)用性飛行是相對以驗(yàn)證技術(shù)為主要目的試驗(yàn)性飛行而言的，主要有兩點(diǎn)不同。一是飛行任務(wù)目的不同。截至目前，我國開展的歷次飛行任務(wù)主要是以考核和驗(yàn)證技術(shù)為主要目的，比如神舟八號和神舟九號飛行任務(wù)的主要目的是考核天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的交會對接功能。而本次任務(wù)中，天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)主要為天宮一號在軌運(yùn)營提供人員和物資往返運(yùn)輸服務(wù)。二是飛行產(chǎn)品狀態(tài)的不同。飛船和火箭經(jīng)過神舟八號和九號飛行任務(wù)的考核和驗(yàn)證，應(yīng)該說現(xiàn)在功能更加完善、完備，性能更加穩(wěn)定，由神舟飛船和長征二號F運(yùn)載火箭組成的天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)開始進(jìn)入應(yīng)用飛行階段。

神舟十號飛行任務(wù)期間，還安排天宮一號地板更換、密封圈更換等在軌維修操作。航天員聶海勝、張曉光、王亞平在地面科研人員的支持下，按照工作計(jì)劃，互相配合、密切協(xié)作，拆除天宮一號原來鋪設(shè)的軟質(zhì)地面材料，更換上硬質(zhì)地板和新的限位裝置。軟質(zhì)地面材料更換為硬質(zhì)地板，更加有利于航天員在失重條件下保持身體穩(wěn)定，可以為航天員在太空工作生活創(chuàng)造更加方便、舒適的條件，同時也為未來空間站航天員在軌維修航天器積累經(jīng)驗(yàn)。

飛船繞飛為空間站做準(zhǔn)備

飛船入軌后，先后與天宮一號進(jìn)行1次自動交會對接和1次航天員手控交會對接。中國載人航天工程新聞發(fā)言人武平表示，本次任務(wù)中開展飛船繞飛試驗(yàn)，即神十飛船對天宮一號進(jìn)行繞飛，這是為空間站建造做準(zhǔn)備。按照中國載人航天工程第三步的空間站建設(shè)計(jì)劃，空間站將包括3個艙段：1個核心艙和2個實(shí)驗(yàn)艙?；緲?gòu)型為T字形，核心艙居中，2個實(shí)驗(yàn)艙分別連接于兩側(cè)。核心艙前端設(shè)兩個對接口，接納載人太空船對接和?？?；后端設(shè)后向?qū)涌?，用于貨運(yùn)飛船停靠補(bǔ)給。飛船繞飛以及在繞飛基礎(chǔ)上的交會對接將為空間站建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，繞飛需要飛行器多次變軌，這比之前進(jìn)行的交會對接更有難度。

太空授課考驗(yàn)中國“天鏈”

女航天員王亞平在太空中首次開展面向中小學(xué)生的太空授課活動。授課內(nèi)容主要是使中小學(xué)生了解失重條件下物體運(yùn)動的特點(diǎn)，了解液體表面張力的作用，加深對質(zhì)量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。航天員同時進(jìn)行在軌講解和試驗(yàn)演示，并與地面師生進(jìn)行雙向互動交流。

這些天地間的互動授課，也是中國第一代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)自2012年建成之后的重要科普應(yīng)用。中繼衛(wèi)星又被稱為“衛(wèi)星的衛(wèi)星”，可為衛(wèi)星、飛船等航天器提供數(shù)據(jù)中繼和測控服務(wù)，能使資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等測得的數(shù)據(jù)實(shí)時下傳。

2012年7月25日，“天鏈一號03星”成功發(fā)射升空，實(shí)現(xiàn)“天鏈一號”衛(wèi)星的全球組網(wǎng)運(yùn)行，標(biāo)志著中國第一代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)已正式建成。經(jīng)過一段時間在軌驗(yàn)證和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，“天鏈一號03星”與2008年發(fā)射的01星、2011年發(fā)射的02星實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)運(yùn)行，建成比較完備的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)?！疤戽溡惶枴苯M網(wǎng)運(yùn)行以來，先后參加了天宮一號與神舟八號、神舟九號的交會對接任務(wù)并發(fā)揮重要作用。此次太空授課是對中國的中繼衛(wèi)星實(shí)時傳輸能力進(jìn)行的又一次考驗(yàn)和展示。

開啟新的征程

按照中國航天事業(yè)發(fā)展規(guī)劃，中國載人航天工程計(jì)劃分三步來實(shí)施。第一步是發(fā)射無人和載人飛船，將航天員安全地送入近地軌道，進(jìn)行對地觀測和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并使航天員安全返回地面。神舟五號飛船首次載人太空飛行的成功，實(shí)現(xiàn)了第一步的發(fā)展戰(zhàn)略。第二步是繼續(xù)突破載人航天的基本技術(shù)：多人多天飛行、航天員出艙在太空行走、完成飛船與空間艙的交會對接。在突破這些技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)射短期有人照料的空間實(shí)驗(yàn)室，建成完整配套的空間工程系統(tǒng)。第三步，建立永久性的空間實(shí)驗(yàn)室，在2020年前后建成中國的空間工程系統(tǒng)，航天員和科學(xué)家可以來往于地球與空間站，進(jìn)行較大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用技術(shù)問題。

神舟十號任務(wù)完成后，意味著中國圓滿完成載人航天工程第二步第一階段目標(biāo)，轉(zhuǎn)入以發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室為主要內(nèi)容的第二步第二階段。在空間實(shí)驗(yàn)室階段，將突破并驗(yàn)證推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)、再生式環(huán)控生保技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，為空間站建造奠定基礎(chǔ)。預(yù)計(jì)未來兩年，我國將先后發(fā)射天宮二號和貨運(yùn)飛船，位于海南的第四個發(fā)射場也將嶄新啟用，擔(dān)綱重任。

聶海勝：再a度飛天的英雄航天員

2005年那個秋季，41歲的聶海勝在神六飛行中度過了115個小時。8年后，已近知天命之年的他將再次以指令長的身份率領(lǐng)神十乘組飛向太空。

執(zhí)飛神十，聶海勝將成為我國飛向太空的最年長航天員。進(jìn)入中國航天員大隊(duì)15年以來，他的各項(xiàng)訓(xùn)練和體育鍛煉從未間斷。面對每一次新的任務(wù)，他的選擇一如既往：學(xué)習(xí)理論知識、苦練操作技能、參加乘組選拔。他入選了自神舟五號以來每一次任務(wù)的飛行梯隊(duì)。2005年第一次飛天以來的8年間，當(dāng)他的普通同齡人經(jīng)歷著正常的生理衰退時，聶海勝的航天生理功能始終保持在優(yōu)良等級，骨骼代謝變化不大，出色的心肺和心血管功能更是普通人無法相比的。這是一項(xiàng)屬于聶海勝的中國紀(jì)錄。這是一個職業(yè)航天員時刻準(zhǔn)備出征的狀態(tài)。

2013年4月，聶海勝以優(yōu)秀的成績?nèi)脒x神十飛行乘組。在擔(dān)任指令長的同時，他還承擔(dān)手控交會對接的操作任務(wù)。在我國載人航天飛行史上，這兩項(xiàng)艱巨任務(wù)首次由同一人承擔(dān)。

兩次飛行后，聶海勝成為中國飛得最遠(yuǎn)、在太空生活時間最長的航天員。他希望這個記錄很快被打破：在未來空間站時代，中長期飛行將成為常態(tài)。他更希望這個紀(jì)錄由自己打破，他說：“只要我身體條件允許，只要任務(wù)需要，我希望自己還能飛進(jìn)中國的空間站?！?/p>

張曉光：

歷盡艱辛追夢人

2013年4月，47歲的張曉光以優(yōu)秀成績?nèi)脒x神舟十號載人飛行任務(wù)乘組。他的飛天路，走了整整15年。他是1998年選出的首批14名航天員之一。成為中國首批航天員之前，張曉光已是空軍某飛行大隊(duì)中隊(duì)長、一級飛行員。像他的許多航天員戰(zhàn)友一樣，選擇就意味著舍棄，意味著風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)，意味著漫長的等待。一次次參加選拔，一次次抱憾落選，一次次為戰(zhàn)友祝福、壯行，一次次把自己關(guān)進(jìn)辦公室默默獨(dú)坐……張曉光流過淚，擦干眼淚又進(jìn)了訓(xùn)練場。

神十飛行中，張曉光的主要任務(wù)是輔助指令長實(shí)施手控交會對接，確保指令發(fā)送的時效性和準(zhǔn)確度。而作為交會對接的備份航天員，他在地面進(jìn)行的模擬訓(xùn)練已經(jīng)超過2 000次。

在完成工作任務(wù)的同時，張曉光還會用攝像機(jī)和日記本記錄下飛行故事，返回后他要講給家人、朋友，講給仍然懷揣飛天夢想等待的戰(zhàn)友們聽。

王亞平：

中國第一位“太空教師”

出生于1980年1月的王亞平，現(xiàn)為中國人民解放軍航天員大隊(duì)四級航天員，少校軍銜。2010年5月，正式成為我國第二批航天員。

2012年的神九乘組選拔，成績同樣優(yōu)秀的兩名女航天員中，最終只有一人能成為中國首位飛向太空的女性。王亞平以微弱之差落選。王亞平幾乎沒有停頓就投入到后續(xù)訓(xùn)練中，依然那么平和，那么堅(jiān)強(qiáng)。2013年4月，她入選天宮一號與神舟十號載人飛行任務(wù)飛行乘組，成為中國第一位“太空教師”，在太空中向青少年講授失重環(huán)境中的物理現(xiàn)象。