九霄逐夢 神舟再問天

時隔僅1個月，天和核心艙又迎來新“太空出差三人組”。10月16日0時23分，長征二號F遙十三運載火箭從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心起飛，成功將載有3名航天員的神舟十三號載人飛船送入預(yù)定軌道。航天員進駐核心艙后，將按照天地同步作息制度進行工作生活，6個月后，搭乘飛船返回東風(fēng)著陸場。

10月16日凌晨，在100多盞聚光燈的照射下，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場燈火通明。燈火之外的暗夜里，隱沒著無邊無盡的廣闊大地。

比大地還要廣闊的是天空。秋夜星河燦爛，其中最亮的那組“星”，無疑是中國空間站。

比天空更加廣闊的，是人的胸懷與夢想——翟志剛、王亞平、葉光富三位中國航天員乘神舟十三號再征太空，開始我國迄今為止時間最長的載人飛行。

作為中國空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段的決勝之戰(zhàn)、收官之戰(zhàn)，和空間站在軌建設(shè)過程中承前啟后的關(guān)鍵之戰(zhàn)，神舟十三號開啟了中國空間站有人長期駐留的時代。中國載人航天事業(yè)再樹里程碑，中華民族在蒼茫宇宙間有了新的坐標(biāo)點。

發(fā)射——

一年兩連發(fā)，火箭“站立”時長創(chuàng)紀(jì)錄

執(zhí)行本次任務(wù)前，長征二號F遙十三運載火箭作為中國航天史上首枚集應(yīng)急救援和發(fā)射任務(wù)于一身的火箭，剛剛結(jié)束了長達90天的應(yīng)急值班“站崗”。實際上，從“起立就位”算起，再加上發(fā)射準(zhǔn)備時間的話，這枚火箭足足“站”了5個多月，站立時長創(chuàng)中國火箭之最。

按照空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證及建造階段任務(wù)安排，長二F遙運載火箭需要采取“發(fā)射1發(fā)、備份1發(fā)”即“滾動備份”發(fā)射模式。長二F遙十三火箭在遙十二火箭發(fā)射后作為備份進行應(yīng)急救援值班，在神舟十三號任務(wù)中執(zhí)行應(yīng)急轉(zhuǎn)正常任務(wù)的發(fā)射。

長征二號F遙火箭總體主任設(shè)計師常武權(quán)說：“本次任務(wù)中，我們在保證可靠性的前提下，探索實施了兩發(fā)火箭發(fā)射場流程的并行與優(yōu)化，預(yù)計可以將發(fā)射準(zhǔn)備時間縮短20%左右。另外，我們還為全新的測發(fā)流程進行了技術(shù)儲備?！?/p>

一年完成兩次載人發(fā)射，在中國載人航天工程的歷史上尚屬首次，而這還只是個開始。

常武權(quán)介紹，長二F遙火箭不僅在今明兩年計劃執(zhí)行4次發(fā)射任務(wù)，未來幾年，還將繼續(xù)以每年兩發(fā)的高頻率執(zhí)行發(fā)射任務(wù)，在我國空間站在軌建造、運營過程中擔(dān)綱重任，可以說“今后一年兩發(fā)會成為常態(tài)”。

高密度任務(wù)常態(tài)化執(zhí)行也給酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場帶來了挑戰(zhàn)。

酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心高級工程師賀鵬舉說：“按照‘滾動備份’模式，在飛行任務(wù)執(zhí)行之前，發(fā)射場要完成待命救援飛船和火箭的準(zhǔn)備，具備待命發(fā)射狀態(tài)。按照航天員在軌飛行6個月，我們需要執(zhí)行兩次載人飛行發(fā)射任務(wù)，意味著要完成四個輪次的飛船和火箭測試?！本仍l(fā)射值班狀態(tài)的火箭和飛船還需要長期保持技術(shù)狀態(tài)，定期開展測試檢查和性能維護。

賀鵬舉說：“在待命狀態(tài)解除之后，我們必須立即進行技術(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，按照正式飛行任務(wù)狀態(tài)開始全系統(tǒng)、全流程的全面檢查，確保經(jīng)過長期停放的飛船和火箭不帶任何故障?！?/p>

任務(wù)——

與神舟十二號任務(wù)大不同

中國載人航天工程新聞發(fā)言人、中國載人航天工程辦公室副主任林西強介紹，在完成神舟十三號載人飛行任務(wù)及工程全系統(tǒng)綜合評估后，工程將全面轉(zhuǎn)入空間站建造階段。

空間站建造階段共規(guī)劃實施6次飛行任務(wù)，包括天舟四號貨運飛船、神舟十四號載人飛行任務(wù)、問天實驗艙發(fā)射任務(wù)、夢天實驗艙發(fā)射任務(wù)、天舟五號貨運飛船、神舟十五號載人飛行任務(wù)。其間，問天實驗艙和夢天實驗艙將與天和核心艙對接，進行艙段轉(zhuǎn)位，中國將在2022年底前完成空間站三艙組合體建造。

神舟十三號載人飛行任務(wù)是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段第六次飛行任務(wù)，是該階段的決勝之戰(zhàn)、收官之戰(zhàn)，也是空間站在軌建設(shè)過程中承前啟后的關(guān)鍵之戰(zhàn)。

與神舟十二號任務(wù)相比，神舟十三號任務(wù)主要有六大不同：一是載人飛船將采用自主快速交會對接的方式，首次徑向?？靠臻g站;二是屆時中國空間站將實現(xiàn)核心艙、2艘貨運飛船、1艘載人飛船共4個飛行器組合體運行;三是航天員將首次在軌駐留6個月，這也是空間站運營期間航天員乘組常態(tài)化駐留周期;四是中國女航天員將首次進駐中國空間站，航天員王亞平會成為中國首位實施出艙活動的女航天員，而神舟十三號乘組也將包括中國首次出艙的男女航天員;五是在神舟十二號任務(wù)的基礎(chǔ)上，進一步開展更多的空間科學(xué)實驗與技術(shù)試驗，產(chǎn)出高水平科學(xué)成果;六是實施任務(wù)的飛船、火箭均在發(fā)射場直接由應(yīng)急待命的備份狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)射狀態(tài)。

林西強說，載人航天作為有人參與的航天探索活動，空間站作為國家級太空實驗室，蘊含著得天獨厚、極為豐富的科普教育資源，對廣大民眾特別是青少年具有極大吸引力。在總結(jié)和發(fā)展載人航天科普工作有益經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，在此次任務(wù)中，工程總體策劃了形式更加多樣的科普教育活動，航天員王亞平將為大家?guī)怼疤帐谡n”第二課。

飛船——

采用自主快速交會對接，首次徑向?？靠臻g站

神舟十三號載人飛船在發(fā)射后6.5小時后，采用自主快速交會對接模式，成功對接于天和核心艙徑向端口。與此前已對接的天舟二號、天舟三號貨運飛船一起，構(gòu)成了四艙（船）組合體。隨后，3名航天員從神舟十三號載人飛船順利進入天和核心艙。

自神舟八號飛船任務(wù)以來，5艘飛船與目標(biāo)均為軸向?qū)?，即從水平方向與核心艙對接。神舟十三號首次與49噸級的空間站組合體進行徑向?qū)?，徑向與軸向的夾角呈90度。

據(jù)介紹，徑向交會對接有“三大難點”。一是持續(xù)控制姿態(tài)和軌道“難”。對于前向、后向交會對接，其200米保持點是一個穩(wěn)定的保持點，即使發(fā)動機不工作，飛船也能較長時間保持穩(wěn)定的姿態(tài)和軌道。而徑向交會沒有穩(wěn)定的中途停泊點，需要持續(xù)對飛船的姿態(tài)和軌道進行控制，推進劑消耗大，故障處置難。

二是姿態(tài)和相對位置確定“難”。神舟載人飛船配有敏感器，如同飛船的眼睛，通過觀察星星和預(yù)設(shè)的標(biāo)志點等來確定自己的飛行姿態(tài)、與空間站的相對姿態(tài)、相對位置等。徑向交會過程中，飛船由平飛轉(zhuǎn)豎飛，大范圍的姿態(tài)機動對“眼睛”能看到目標(biāo)和保證“眼睛”不被復(fù)雜光照變化所干擾，提出更高要求。

據(jù)介紹，神舟十三號在徑向?qū)涌谕？繒r，太陽能帆板長期被空間站大型柔性太陽電池翼和大柱段艙體遮擋，導(dǎo)致載人飛船在光照區(qū)供電能力受到影響，需要空間站為飛船并網(wǎng)供電。軌道艙配電器為了滿足長期?？?，最大并網(wǎng)供電能力需達到1400W。

三是航天員手控交會模式“難”。徑向交會對接過程中基本失去了地球的參照基準(zhǔn)，測控條件變差，且相對動力學(xué)運動特性與前向交會不同。

中國航天科技集團八院載人飛船系統(tǒng)副總設(shè)計師張崇峰介紹，對接機構(gòu)分為主動對接機構(gòu)和被動對接機構(gòu)。神舟載人飛船、天舟貨運飛船以及后續(xù)將發(fā)射的兩個實驗艙，均配置了對接機構(gòu)主動端，天和核心艙共配置了5個被動對接口，它們被稱為“對接五兄弟”。

身處太空，“對接五兄弟”長時間暴露在空間輻射環(huán)境，需承受約88 000次、超過200℃的高低溫循環(huán)及低軌空間原子氧的剝蝕，經(jīng)過多頻次的對接與分離后，仍需確保安全可靠，這對技術(shù)的要求極高。

航天員——

在軌飛行6個月，身心素質(zhì)將接受更大挑戰(zhàn)

在軌駐留長達6個月，同時管理天和核心艙、神舟十三號載人飛船、天舟二號、天舟三號形成的組合體，這對神舟十三號飛行乘組來講，無論是身心素質(zhì)還是技術(shù)能力，都將經(jīng)受更大挑戰(zhàn)。

飛行時間大大延長、身處特殊環(huán)境、任務(wù)量增加等因素相互作用，將影響航天員的身心健康，心血管系統(tǒng)、肌肉和骨骼系統(tǒng)等失重生理效應(yīng)更加凸顯。

載人航天工程航天員系統(tǒng)總設(shè)計師、航天員科研訓(xùn)練中心研究員黃偉芬說：“比如，航天員出現(xiàn)睡眠障礙、疲勞、感染、胃腸道病癥及心血管功能調(diào)節(jié)等不適問題和應(yīng)急醫(yī)學(xué)問題的概率會增高?！贝送?，長時間工作生活在狹小、密閉、隔離、振動、噪聲等復(fù)雜特殊環(huán)境中，航天員也可能面臨睡眠狀態(tài)變化、身心負荷過重等情況，心理狀態(tài)甚至工作能力都會受到影響。

針對這些挑戰(zhàn)要求，航天員系統(tǒng)在選拔訓(xùn)練，健康、工作、生活等駐留保障技術(shù)方面，進行了充分研究和準(zhǔn)備。黃偉芬說：“根據(jù)不同時期、不同個體的身心特點，我們著力強化了每月對航天員健康狀態(tài)的定期全面評估，及時調(diào)整航天員失重防護鍛煉、營養(yǎng)配餐、心理支持等方案?！?/p>

值得一提的是，針對女航天員參加飛行任務(wù)，工程通過分析女航天員的身心特點和個體需求，重點從生活保障、健康保障等方面開展了針對性的設(shè)計，以確保女航天員長期飛行、健康生活、高效工作。

“在完成既定訓(xùn)練計劃的基礎(chǔ)上，我們還安排了‘神十三’乘組與‘神十二’乘組進行天地通話?！袷私M返回后，兩個乘組進行了充分交流，‘神十二’乘組分享了在軌獲取的經(jīng)驗和感受，特別是針對出艙活動交流了天地差異以及注意事項?！秉S偉芬說，“神十三”乘組對此開展了相應(yīng)訓(xùn)練，為提前進入狀態(tài)、順利執(zhí)行任務(wù)打下基礎(chǔ)。

護航——

最快8.5天應(yīng)急救援發(fā)射

在神舟十三號成功發(fā)射的同時，由航天科技集團五院抓總研制的神舟十四號載人飛船也已經(jīng)完成發(fā)射前的全部工作，進入應(yīng)急發(fā)射待命狀態(tài)。五院神舟團隊在6個月的時間里經(jīng)受住了三船工作并行開展的艱巨考驗。

作為航天員實現(xiàn)天地往返的“生命之舟”，研制團隊開創(chuàng)了天地結(jié)合的應(yīng)急救援任務(wù)模式，即每次有兩艘飛船進場，由后一艘飛船作為突發(fā)情況的生命救援之舟，具備8.5天應(yīng)急發(fā)射進行太空救援的能力。

最快8.5天的應(yīng)急救援發(fā)射如何實現(xiàn)？事實上，8.5天應(yīng)急救援發(fā)射流程，其中還包括48個小時的人員集結(jié)和準(zhǔn)備工作時間。48個小時看似不短，但一支幾百人的試驗隊里，隊員來自天南海北，把這么多人在兩天內(nèi)輸送到一線遠比想象中困難。

長征二號F運載火箭調(diào)度系統(tǒng)專門制定了一個名單，所有預(yù)備作為應(yīng)急救援發(fā)射試驗隊隊員的人都在這個名單上。根據(jù)應(yīng)急救援方案，兩個小時內(nèi)調(diào)度人員要到崗組建試驗隊，一個小時要通知到全員。

另外，接到指令的時間具有高度的不確定性，可能在白天大家上班時，可能在某天深夜，也可能在一個節(jié)假日，為應(yīng)急發(fā)射流程的管理又增加了難度。為了解決這個問題，調(diào)度系統(tǒng)在規(guī)劃人員基本集結(jié)路線的基礎(chǔ)上，制定了各種路線預(yù)案。比如一個隊員所在的城市航班比較少，那就提前安排好車輛將他送到臨近的大城市，以此確保每一名隊員都能夠在規(guī)定時間內(nèi)到崗。

與此同時，調(diào)度人員還需要將備份產(chǎn)品、試驗設(shè)備、辦公用品、防護用品等各類必需的物資組織到位，以及協(xié)調(diào)發(fā)射場提前開始準(zhǔn)備工作。也就是說，從接到指令起48個小時里，調(diào)度系統(tǒng)將做到讓全體試驗隊員穿上工作服，投入發(fā)射場工作。

這個過程中，火箭團隊是以30分鐘為一個計數(shù)周期，每兩個小時為一個工作階段。不僅如此，每一項工作步驟都細化到工作時間、累計工作時間、所需崗位及人數(shù)、人員所屬中隊、定位廠房，安排得“明明白白”。（本刊綜合）