神舟十三號(hào)航天員在太空中如何工作

∕沈羨云

2021年10月16日，神舟十三號(hào)載人飛船成功發(fā)射，開啟了中國(guó)迄今時(shí)間最長(zhǎng)的載人飛行。3位航天員翟志剛、王亞平、葉光富踏上為期半年的太空之旅，中國(guó)空間站也迎來第二批航天員及首位女航天員。神舟十三號(hào)載人飛船實(shí)現(xiàn)多個(gè)首次：首次與3艙組合體自主快速?gòu)较蚪粫?huì)對(duì)接;首次長(zhǎng)期在軌?？?個(gè)月，實(shí)現(xiàn)4個(gè)載人航天器形成的組合體的長(zhǎng)期在軌飛行;首次具備天地結(jié)合、多重保證的應(yīng)急救援能力等。

主要任務(wù)

神舟十三號(hào)載人飛行任務(wù)是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段第6次飛行任務(wù)，也是該階段最后一次飛行任務(wù)。在長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的太空生活中，航天員完成了以下5方面的任務(wù)：

1.開展機(jī)械臂輔助艙段轉(zhuǎn)位、手控遙操作等空間站組裝建造關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn);

2.進(jìn)行2、3次出艙活動(dòng)，安裝大小機(jī)械臂雙臂組合轉(zhuǎn)接件及懸掛裝置，為后續(xù)空間站建造任務(wù)做準(zhǔn)備;

3.進(jìn)一步驗(yàn)證航天員在軌駐留6個(gè)月的健康、生活和工作保障技術(shù);

4.進(jìn)行航天醫(yī)學(xué)、微重力物理領(lǐng)域等科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用，開展多樣化科普教育活動(dòng);

5.全面考核工程各系統(tǒng)執(zhí)行空間站任務(wù)的功能、性能，以及系統(tǒng)間的匹配性。

緊急撤離演練

至2021年 11月7日， 神舟十三號(hào)航天員乘組已在軌工作、生活了20余天。這些天，3名航天員的工作緊張而有序，先后開展了貨運(yùn)飛船物資轉(zhuǎn)移、空間站組合體管理、新上行艙外服啟封和測(cè)試、在軌醫(yī)學(xué)檢查、失重防護(hù)鍛煉等日常工作，并進(jìn)行了機(jī)械臂操作、醫(yī)療救護(hù)演練等在軌訓(xùn)練項(xiàng)目。11月7日，神舟十三號(hào)3名航天員除了為首次出艙任務(wù)做準(zhǔn)備，他們還進(jìn)行了首次在軌緊急撤離演練。

太空環(huán)境復(fù)雜又危險(xiǎn)，空間站面對(duì)的主要威脅之一是來自外部碎片的撞擊，萬一空間站被碎片擊穿了會(huì)發(fā)生什么？空間站外邊接近真空，站內(nèi)大約有1個(gè)大氣壓。假如最里邊的艙壁被擊穿，空氣會(huì)很快從破洞里向外噴射出去，就會(huì)造成空間站內(nèi)部氣壓下降。這一次演練主要是模擬核心艙遭遇撞擊，內(nèi)部產(chǎn)生了失壓的情況，3名航天員必須緊急撤離到神舟十三號(hào)返回艙中。這只是天宮空間站里一次例行演習(xí)，模擬遭受空間碎片撞擊后一整套的檢查、補(bǔ)救以及緊急撤離流程。

演練以空間站失壓報(bào)警開始，翟志剛迅速通過儀表進(jìn)行判斷，葉光富則迅速打開應(yīng)急氣瓶，確保艙內(nèi)壓力穩(wěn)定。把應(yīng)急氣瓶打開后，兩名航天員馬上進(jìn)行初步判斷哪個(gè)地方出現(xiàn)了泄漏。如果沒有發(fā)現(xiàn)漏洞的話，盡快去看看載人飛船有沒有泄漏，如果載人飛船沒有泄漏，要進(jìn)行各自艙門關(guān)閉處置。最后，王亞平迅速關(guān)閉天舟二號(hào)和三號(hào)的艙門。3人緊密配合，用了幾分鐘的時(shí)間，就全部撤離到神舟十三號(hào)返回艙內(nèi)。整個(gè)演練天地配合順暢，處置快速得當(dāng)。

這一次演練意義重大，不僅表現(xiàn)出我國(guó)空間站目前的各項(xiàng)緊急措施和方案準(zhǔn)備妥當(dāng)，也鍛煉了航天員的危機(jī)意識(shí)，即隨時(shí)需要在緊急情況中做出判斷和決策。

出艙活動(dòng)

太空出艙被形容為“太空漫步”，是空間站時(shí)代航天員的必備技能，看似浪漫，卻充滿風(fēng)險(xiǎn)。在嚴(yán)酷的空間環(huán)境中，任何一點(diǎn)故障都可能導(dǎo)致出艙活動(dòng)失敗，甚至威脅到航天員的身體健康和生命安全。太空出艙可謂神舟十三號(hào)航天員空間站任務(wù)的“重中之重”。

第一次出艙活動(dòng)是在2021年11月7日，在完成緊急撤離演習(xí)后，神舟十三號(hào)航天員又投入緊張的出艙活動(dòng)。翟志剛、王亞平身著我國(guó)新一代“飛天”艙外航天服，先后從天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙成功出艙。這是中國(guó)首位出艙航天員翟志剛時(shí)隔13年后再次進(jìn)行出艙活動(dòng)，王亞平也成為中國(guó)首位進(jìn)行出艙活動(dòng)的女航天員，邁出了中國(guó)女性艙外太空行走第一步。其間，在艙內(nèi)的葉光富配合支持兩位出艙航天員開展艙外操作。

航天員出艙活動(dòng)期間，天地間大力協(xié)同、艙內(nèi)外密切配合，約6.5小時(shí)后，神舟十三號(hào)航天員圓滿完成了機(jī)械臂懸掛裝置與轉(zhuǎn)接件安裝、艙外典型動(dòng)作測(cè)試等出艙活動(dòng)全部既定任務(wù)。在機(jī)械臂級(jí)聯(lián)裝置安裝過程中，首先安裝在核心艙艙壁上的懸掛裝置帶有巧妙的抱爪結(jié)構(gòu)，用于捕獲和存放雙臂組合轉(zhuǎn)接件，并為它提供供電保證。懸掛裝置安裝完成后，翟志剛輕推雙臂組合轉(zhuǎn)接件進(jìn)入卡口位置，懸掛裝置在指令遙控下，通過抱爪結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確地將轉(zhuǎn)接件抓住，并將其“擁入懷中”。機(jī)械臂的安裝為后續(xù)實(shí)現(xiàn)“擎天巨臂”組合打下基礎(chǔ)。

翟志剛、王亞平安全返回天和核心艙后，與艙內(nèi)的葉光富激動(dòng)地?fù)肀г诹艘黄?，出艙活?dòng)取得圓滿成功。這次出艙活動(dòng)進(jìn)一步檢驗(yàn)了我國(guó)新一代艙外航天服的功能、性能，檢驗(yàn)了航天員與機(jī)械臂協(xié)同工作的能力及出艙活動(dòng)相關(guān)支持設(shè)備的可靠性與安全性。

第二次出艙活動(dòng)是在2021年12月27日，翟志剛、葉光富再次成功出艙。無垠星空中，葉光富初次體驗(yàn)太空出艙，翟志剛完成了他的第三次出艙，王亞平則在核心艙內(nèi)首次操控機(jī)械臂，支持兩位出艙航天員開展艙外作業(yè)。地面支持團(tuán)隊(duì)的悉心守護(hù)和引導(dǎo)，艙內(nèi)外配合，加上艙外航天服的保護(hù)，讓神舟十三號(hào)航天員乘組圓滿完成長(zhǎng)達(dá)6小時(shí)的第二次出艙任務(wù)，并為后續(xù)出艙活動(dòng)進(jìn)一步積累了經(jīng)驗(yàn)。

艙外活動(dòng)期間，航天員先后完成了全景相機(jī)C抬升、艙外作業(yè)點(diǎn)腳限位器安裝及相關(guān)工效驗(yàn)證、攜物轉(zhuǎn)移驗(yàn)證等任務(wù)，同時(shí)，進(jìn)一步驗(yàn)證了核心艙氣閘艙、艙外服、機(jī)械臂的功能、性能，進(jìn)一步考核了出艙活動(dòng)相關(guān)技術(shù)、艙內(nèi)外航天員協(xié)同以及天地協(xié)同能力，為后續(xù)出艙活動(dòng)進(jìn)一步積累了經(jīng)驗(yàn)。

交會(huì)對(duì)接

2022年1月8日7時(shí)55分，經(jīng)過約2小時(shí)，神舟十三號(hào)航天員乘組在地面科技人員的密切協(xié)同下，在空間站核心艙內(nèi)采取手控遙操作方式，圓滿完成了天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與空間站組合體交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。 這是我國(guó)航天員首次在軌進(jìn)行手控遙操作試驗(yàn)。

試驗(yàn)開始后，神舟十三號(hào)航天員乘組在核心艙發(fā)出控制指令，讓天舟二號(hào)先與核心艙分離，然后航天員手動(dòng)控制整個(gè)貨運(yùn)飛船的位置和姿態(tài)，撤到前向的一定距離，短暫停泊后，轉(zhuǎn)入平移靠攏段。然后，再次控制它與空間站對(duì)接，一直到鎖緊完成。 整個(gè)“駕駛”過程中，航天員的視角是從飛船“看向”空間站的，就如同航天員坐在貨運(yùn)飛船里“開飛船”一樣。

遙操作交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)對(duì)于空間站的建造非常重要。載人飛船可以通過航天員駕駛飛船，手動(dòng)操作與空間站完成對(duì)接。而貨運(yùn)飛船則不同，一旦自動(dòng)交會(huì)對(duì)接功能失效，貨運(yùn)飛船將無法和空間站對(duì)接，導(dǎo)致任務(wù)失敗，所以貨運(yùn)飛船必須具備遙控操作的功能，與自動(dòng)交會(huì)對(duì)接技術(shù)互為備份。此次試驗(yàn)，初步驗(yàn)證了空間站與來訪飛行器手控遙操作系統(tǒng)的功能、性能以及天地間協(xié)同工作程序的合理性。

與載人飛船的手控交會(huì)對(duì)接相比，貨運(yùn)飛船的手控遙操作有著自己的難點(diǎn)和特點(diǎn)。在操作的響應(yīng)速度和運(yùn)動(dòng)的敏捷性上，載人飛船與貨運(yùn)飛船有區(qū)別：載人飛船的手控如同“開轎車”，貨運(yùn)飛船的手控遙操作則像“開貨車”。其原因有二：一是貨運(yùn)飛船的手控遙操作需要把貨運(yùn)飛船上攝像機(jī)“看到”的圖像傳到空間站，空間站上的航天員需要把指令傳回給貨運(yùn)飛船，一來一回，就造成了航天員反應(yīng)和執(zhí)行指令的延時(shí);二是貨運(yùn)飛船要比載人飛船重，平移加速度小，因此動(dòng)作不敏捷。在以后的例行飛行中，交會(huì)對(duì)接將采用自控為主、手控為輔的方式，以減輕航天員的負(fù)荷。在自動(dòng)控制出現(xiàn)故障或遭遇突發(fā)事件（如面臨軌道碎片碰撞危險(xiǎn)）的情況下，航天員將手動(dòng)介入，執(zhí)行飛行命令。

神舟十三號(hào)載人飛船已于2022年4月16日返回地面，隨后我國(guó)將再執(zhí)行6次發(fā)射任務(wù)，中國(guó)空間站將迎來問天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙以及神舟十四號(hào)載人飛船，此后中國(guó)空間站將由“建設(shè)階段”轉(zhuǎn)為“實(shí)用階段”，中國(guó)空間站也將對(duì)外開放，迎來外國(guó)航天員。

（李恒克摘自《百科知識(shí)》2022年第4期）