神舟十四號(hào)“飛天神技”知多少

沈羨云

神舟十四號(hào)的多個(gè)“首次”

神舟十四號(hào)乘組由航天員陳冬、劉洋和蔡旭哲組成，其中陳冬擔(dān)任總指令長(zhǎng)。陳冬、劉洋圓了再度進(jìn)入太空的愿望，蔡旭哲則是經(jīng)歷12年的苦練和準(zhǔn)備，終于緊緊擁抱住了自己的飛天夢(mèng)想。 神舟十四號(hào)乘組年富力強(qiáng)，3人均為“75后”，這是我國(guó)第二批航天員首次“組隊(duì)”飛行，也是我國(guó)開(kāi)展載人飛行任務(wù)以來(lái)平均年齡最年輕的乘組。作為空間站從關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證轉(zhuǎn)入在軌建造階段后的首次載人飛行任務(wù)，神舟十四號(hào)乘組將見(jiàn)證歷史，并創(chuàng)造我國(guó)載人航天史上的多個(gè)“首次”。

他們將成為首批進(jìn)駐實(shí)驗(yàn)艙的航天員？

神舟十四號(hào)乘組將成為首批進(jìn)駐問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的航天員。中國(guó)空間站以天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙三艙為基本構(gòu)型。其中，天和核心艙已于2021年4月29日發(fā)射升空，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙于2022年7月發(fā)射，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將于2022年10月發(fā)射。

三艙是一個(gè)整體而又各有分工：核心艙是空間站的管理和控制中心，同時(shí)承擔(dān)了航天員生活艙的職能；兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙用于生物、材料、微重力流體、基礎(chǔ)物理等多領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，大部分科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜位于實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)。因此，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙將是航天員在軌主要的工作場(chǎng)所。先后進(jìn)入兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙后，航天員將完成實(shí)驗(yàn)艙14個(gè)機(jī)柜的解鎖、安裝等工作，并開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

他們將首次從主份氣閘艙出艙？

出艙活動(dòng)是空間站建設(shè)與運(yùn)營(yíng)階段的重要任務(wù)。盡管神舟十二號(hào)和十三號(hào)航天員都是通過(guò)天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙出艙，但是由于中國(guó)空間站的主份氣閘艙位于問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙，神舟十四號(hào)乘組將成為第一批從問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙實(shí)施出艙活動(dòng)的航天員。屆時(shí)，天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙將用作備份氣閘艙。

為什么將主份氣閘艙放在問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙？航天員出艙活動(dòng)期間，氣閘艙為真空狀態(tài)。航天員如果只能從核心艙節(jié)點(diǎn)艙出艙，位于三艙正中間的節(jié)點(diǎn)艙就把三艙隔斷了。萬(wàn)一其中一個(gè)艙出現(xiàn)問(wèn)題，航天員無(wú)法進(jìn)入另外兩個(gè)艙體，工作將無(wú)法開(kāi)展。為什么設(shè)置兩個(gè)氣閘艙？保證人在太空的安全，永遠(yuǎn)是載人航天第一要?jiǎng)?wù)。在出艙過(guò)程中，如果主份氣閘艙出現(xiàn)問(wèn)題，航天員能通過(guò)節(jié)點(diǎn)艙回到艙內(nèi)，保證出艙活動(dòng)的安全可靠。這也是中國(guó)空間站多重安全措施互相備份的一項(xiàng)體現(xiàn)。

首次迎來(lái)太空“會(huì)師”

2022年12月，在神舟十四號(hào)任務(wù)末期，中國(guó)空間站將迎來(lái)神舟十五號(hào)飛船上行，并對(duì)接于天和核心艙前向端口。在交叉駐留期間，神舟十四號(hào)乘組將和神舟十五號(hào)乘組實(shí)現(xiàn)在軌工作交接，這是我國(guó)載人航天史上第一次太空“會(huì)師”，此后乘組在軌工作交接將實(shí)現(xiàn)常態(tài)化，中國(guó)空間站將持續(xù)有人值守。

他們將見(jiàn)證中國(guó)空間站建成？

此次出征的神舟十四號(hào)乘組堪稱(chēng)“最忙太空出差三人組”，他們肩負(fù)著完成中國(guó)空間站在軌組裝建造的重要使命。在長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的飛行中，神舟十四號(hào)乘組要經(jīng)歷的飛行工況極為復(fù)雜，包括9種組合體構(gòu)型，5次交會(huì)對(duì)接，3次分離撤離，2次轉(zhuǎn)位任務(wù)。在這個(gè)過(guò)程中他們要進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，必要的時(shí)候?qū)嵤┦挚夭僮鬟M(jìn)行交會(huì)對(duì)接。

神舟十四號(hào)有哪些新技術(shù)

作為我國(guó)空間站建造階段首次載人任務(wù)，神舟十四號(hào)載人飛船安全運(yùn)行的背后是技術(shù)的不斷改進(jìn)與迭代，其中飽含著科技人員的精心設(shè)計(jì)與集智攻關(guān)。

太空門(mén)廊“生命通道”

飛船與空間站交會(huì)對(duì)接成功后，航天員從飛船進(jìn)入空間站，并非像我們走進(jìn)家門(mén)一樣簡(jiǎn)單容易。軌道艙前端主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)和核心艙的被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)之間長(zhǎng)約1米的通道，是航天員進(jìn)入空間站的“門(mén)廊”。為了給航天員進(jìn)出自如的空間，設(shè)計(jì)人員為航天員搭建了一個(gè)直徑達(dá)80厘米的圓形通道。對(duì)接通道打開(kāi)后，航天員相當(dāng)于進(jìn)入一個(gè)大的密封艙。

此外，神舟十四號(hào)載人飛船的密封圈采用雙圈設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)可以確保在零重力和惡劣的空間環(huán)境效應(yīng)情況下，不會(huì)從對(duì)接面脫落，使密封性能得到雙重保護(hù)。設(shè)計(jì)師對(duì)密封圈的材料也進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)6年的攻關(guān)，解決了普通材料在低溫環(huán)境中的“脆變”特性以及長(zhǎng)期工作后材料老化等一系列問(wèn)題，為航天員打造了一條密不透風(fēng)的“生命通道”。

解決由“遮擋”帶來(lái)的控溫難題

神舟十四號(hào)載人飛船執(zhí)行任務(wù)期間，將經(jīng)歷空間站轉(zhuǎn)入三艙組合體飛行模式，先后經(jīng)歷一字構(gòu)型、L型構(gòu)型和T型構(gòu)型。由于位置特殊，神舟十四號(hào)飛船可能長(zhǎng)時(shí)間處于太陽(yáng)無(wú)法照射下的極低溫度環(huán)境，也可能局部區(qū)域持續(xù)受到太陽(yáng)輻照，極端環(huán)境下，溫差可能達(dá)到200℃。據(jù)了解，本次任務(wù)中，在一字構(gòu)型下，最長(zhǎng)可帶來(lái)19天的長(zhǎng)周期全遮擋；而在L型構(gòu)型和T型構(gòu)型下，神舟十四號(hào)僅有兩三個(gè)很短的時(shí)間段能接受較好的光照，隨著太陽(yáng)高度角的周期變化，還會(huì)出現(xiàn)一側(cè)太陽(yáng)翼被全遮、另一側(cè)復(fù)雜遮擋的情況。這些過(guò)程給航天員的健康和飛船設(shè)備的供電系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn)。

為應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員除了在地面開(kāi)展能量平衡仿真分析，充分驗(yàn)證太陽(yáng)電池翼、儲(chǔ)能蓄電池和充電控制措施能夠適應(yīng)工作條件的復(fù)雜變化外，還通過(guò)與飛船總體共同協(xié)作，制定了電源分系統(tǒng)動(dòng)態(tài)在軌維護(hù)管理機(jī)制。同時(shí)，針對(duì)控溫難題，工程師們突破了飛船外避熱控涂層光熱性能選擇性設(shè)計(jì)與調(diào)控、熱控材料空間穩(wěn)定性設(shè)計(jì)與大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)界面結(jié)合控制等關(guān)鍵技術(shù)，研制了低吸收、低發(fā)射型熱控涂層。

返回艙圖像分辨率提升16倍

神舟載人飛船返回艙是航天員在飛船發(fā)射、交會(huì)對(duì)接以及返回地面階段需要乘坐的飛船艙。與在軌的空間站不同，返回艙和地面之間的通信鏈路資源極其有限，傳統(tǒng)的視頻通信技術(shù)嚴(yán)重影響了返回艙圖像的分辨率和畫(huà)質(zhì)。在神舟十三號(hào)及以前的飛船中，返回艙圖像的有效分辨率僅為352×288像素，難以適應(yīng)高分辨率、大屏顯示的畫(huà)面要求。神舟十四號(hào)載人飛船首次使用了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳楓教授課題組研制的流媒體圖像質(zhì)量增強(qiáng)系統(tǒng)，顯著提升了圖像的清晰度和畫(huà)質(zhì)，將圖像的分辨率提升至1920×1080像素，圖像峰值信噪比提高4分貝以上。圖像質(zhì)量增強(qiáng)系統(tǒng)在神舟十四號(hào)載人飛船的待發(fā)段、發(fā)射段、上升段和交會(huì)對(duì)接段全程使用，后期能夠用于神舟十四號(hào)載人飛船的返回段以及神舟系列載人飛船的后續(xù)任務(wù)。