神舟十四號(hào)乘組：親歷空間站T字成型的“勞模”

文/鄧雨楠

2022年12月4日20時(shí)09分，神舟十四號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場預(yù)定區(qū)域安全著陸。21時(shí)01分，航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲安全出艙，本次載人飛行任務(wù)取得圓滿成功。

這是中國航天員第九次太空遠(yuǎn)征，也是中國空間站建造階段的首次載人飛行。自從6月5日由長征二號(hào)F運(yùn)載火箭送入太空以來，3名航天員在軌經(jīng)歷了無數(shù)個(gè)高光時(shí)刻，見證了空間站由單艙擴(kuò)建成三艙三船構(gòu)型，首次進(jìn)駐問天和夢天實(shí)驗(yàn)艙，首次利用問天實(shí)驗(yàn)艙氣閘艙和機(jī)械臂小臂進(jìn)行出艙工作，并開展大小臂聯(lián)合操作，同時(shí)完成了大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)，開展科普和公益活動(dòng)等，收獲了“勞模”乘組的贊譽(yù)。

“太空新居”擴(kuò)建配齊

2022年6月5日，3名航天員依次進(jìn)入中國空間站天和核心艙，并在接下來的1個(gè)月內(nèi)快速適應(yīng)了失重生活，對“太空家園”進(jìn)行日常維護(hù)與維修，為后續(xù)機(jī)械臂操作、出艙活動(dòng)、艙段轉(zhuǎn)移等工作進(jìn)行了充分準(zhǔn)備。

他們的首要工作是建立載人環(huán)境，包括將核心艙組合體設(shè)置為有人狀態(tài)，對通風(fēng)凈化、再生生保和水循環(huán)處理相關(guān)設(shè)備和產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)置。

3名航天員分別進(jìn)行了水樣、空氣、表面微生物取樣測試。在“太空家園”里，部分微生物可能對航天員的健康產(chǎn)生影響，甚至?xí)в懈g性，對各種設(shè)備造成污染和破壞，因此需要定期對微生物進(jìn)行監(jiān)測，保證在軌生活環(huán)境的安全與舒適。航天員又安裝并測試了二氧化碳還原裝置，進(jìn)一步提高在軌氧氣的物質(zhì)循環(huán)閉合度。

接下來，航天員迅速進(jìn)行了物資整理與轉(zhuǎn)移，正式啟用了物資管理系統(tǒng)，從整體上對空間站所有物資進(jìn)行歸類和梳理，能夠騰出更多精力，專注于在軌科學(xué)實(shí)驗(yàn)等工作。

▲ “神十四”乘組安全降落

3名航天員每周工作6天，定期體檢必不可少。檢查柜里有十幾件醫(yī)療設(shè)備，體檢項(xiàng)目包括超聲檢查和全血細(xì)胞計(jì)數(shù)等。除了開展采血、互做心臟超聲、腹部超聲及超聲功能影像評估等常規(guī)檢查，航天員還要進(jìn)行醫(yī)療救護(hù)在軌訓(xùn)練，以便應(yīng)對各種各樣的突發(fā)情況。利用太空自行車、拉力帶、握力器、腕力球、太空跑臺(tái)等器械，他們每天至少要保持2個(gè)小時(shí)在軌有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，維持心血管系統(tǒng)功能穩(wěn)定。

隨著7月25日問天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙成功對接，“太空之家”正式擴(kuò)建。第二天，“神十四”乘組進(jìn)入“新居”。

問天實(shí)驗(yàn)艙是航天員主要的生活和工作艙段，配置有3個(gè)睡眠區(qū)、1個(gè)衛(wèi)生區(qū)及廚房等設(shè)施，可與天和核心艙一起支持2艘載人飛船輪換期間6名航天員的生活保障。據(jù)悉，問天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的航天員睡眠區(qū)比核心艙的更為寬敞，舷窗也進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，宜居性進(jìn)一步提高。

▲ 劉洋在空間站內(nèi)“刷手機(jī)”

從整體來看，問天實(shí)驗(yàn)艙進(jìn)駐狀態(tài)設(shè)置持續(xù)了約半個(gè)月，3名航天員完成了載人環(huán)境的建立，包括對環(huán)控生保系統(tǒng)、衛(wèi)生區(qū)、睡眠區(qū)、太空廚房進(jìn)行設(shè)置，還有科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜解鎖、功能檢測、設(shè)備安裝、物資整理等工作。

除了對艙內(nèi)環(huán)境定期進(jìn)行維護(hù)外，航天員還在問天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)持續(xù)開展了空間材料研究、高等植物培養(yǎng)等空間科學(xué)實(shí)（試）驗(yàn)項(xiàng)目。他們利用科學(xué)手套箱、生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜和變重力實(shí)驗(yàn)柜等設(shè)施設(shè)備，不斷產(chǎn)出更多科學(xué)成果。長勢喜人的擬南芥、水稻和生菜為“太空家園”帶來了勃勃生機(jī)。

10月31日，夢天實(shí)驗(yàn)艙給“太空家園”帶來了又一次升級擴(kuò)建的機(jī)遇。航天員進(jìn)入夢天實(shí)驗(yàn)艙后，完成了貨包整理、設(shè)備安裝等工作，建立載人環(huán)境，解鎖各類工作設(shè)備，并進(jìn)行工作區(qū)的設(shè)備安裝。

隨著三艙“T”字基本構(gòu)型不久后在軌轉(zhuǎn)位完成，空間站組合體實(shí)現(xiàn)了控制、能源、信息、環(huán)境等功能的并網(wǎng)管理，支持開展更大規(guī)模的空間研究實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)試驗(yàn)?！吧袷摹背私M通過繁忙工作，建成國家太空實(shí)驗(yàn)室。其中，問天實(shí)驗(yàn)艙主要面向空間生命科學(xué)研究，夢天實(shí)驗(yàn)艙主要面向微重力科學(xué)研究。

▲ “神十四”乘組入駐問天實(shí)驗(yàn)艙

架起“天橋”迎接會(huì)師

入駐“太空家園”以來，“神十四”乘組完成了3次出艙任務(wù)，不斷刷新相關(guān)紀(jì)錄。

9月1日，他們首次出艙。這也是中國航天員首次在小機(jī)械臂輔助下從問天實(shí)驗(yàn)艙氣閘艙實(shí)施的出艙活動(dòng)，完成了問天艙擴(kuò)展泵組安裝、問天艙全景相機(jī)抬升、艙外自主應(yīng)急返回驗(yàn)證等任務(wù)，順利檢驗(yàn)了航天員與小機(jī)械臂協(xié)同工作能力，驗(yàn)證了問天艙氣閘艙和出艙活動(dòng)相關(guān)支持設(shè)備的功能性能。

9月17日，他們第二次出艙，與第一次出艙間隔僅半個(gè)月，對于航天員和艙外航天服都是新的挑戰(zhàn)和突破。

因?yàn)槌雠摶顒?dòng)需要由航天員與地面科研人員緊密協(xié)作配合，有些特殊任務(wù)還需要調(diào)整空間站姿態(tài)，并考慮太陽光照、天地通信技術(shù)等條件，因此頻繁出艙對航天員和科研人員都是重大考驗(yàn)。其間，地面的出艙專業(yè)支持小組會(huì)通過語音隨時(shí)指導(dǎo)航天員活動(dòng)，比如什么時(shí)候運(yùn)動(dòng)到什么位置，什么時(shí)候開艙門，什么時(shí)候出去，怎樣登上機(jī)械臂，怎樣取工具，怎樣操作等，并做好預(yù)案，應(yīng)對可能發(fā)生的故障、意外。

▲ “太空種菜”成果豐碩

3名航天員在軌緊張忙碌了170多天后，又進(jìn)行了第三次出艙活動(dòng)。這也是空間站“T”字構(gòu)型在軌組裝完成后的首次出艙任務(wù)。11月17日，他們首先成功安裝好天和核心艙與問天實(shí)驗(yàn)艙、天和核心艙與夢天實(shí)驗(yàn)艙艙間連接裝置，搭建起一座三艙間艙外行走的“天橋”。接下來，航天員蔡旭哲通過“天橋”實(shí)現(xiàn)了首次跨艙段艙外行走，完成了問天實(shí)驗(yàn)艙全景相機(jī)A抬升和小機(jī)械臂助力手柄安裝等任務(wù)。

其實(shí)，“天橋”不僅包括空間站艙外的實(shí)物，還有天地之間聯(lián)絡(luò)信息、傳授知識(shí)的無形通道。10月12日，“天宮課堂”第三課開講。3名新晉“太空教師”為廣大青少年帶來了一場精彩的太空科普課，在軌展示了問天實(shí)驗(yàn)艙工作生活場景，演示了微重力環(huán)境下毛細(xì)效應(yīng)、水球變“懶”等實(shí)驗(yàn)，并與地面師生互動(dòng)交流。

▲ 航天員進(jìn)入貨運(yùn)飛船搬貨

此外，航天員們繁忙工作之余，在“太空之家”收錄了星月之輝，欣賞了宇宙壯麗。蔡旭哲拍下了美麗的地球和偉大的祖國，俯瞰長江和黃河，聚焦親愛的家鄉(xiāng)。他們還在太空中賞中秋，記錄下從空間站看到的月亮，收到了地面提前數(shù)月準(zhǔn)備的中秋食品大禮包。此外，航天員展示了“拿手好菜”，首次享用了自己在太空種植的蔬菜。正如他們所言，“每一天都非常精彩，每一刻都值得銘記?！?/p>

▲ “神十四”乘組開展第三次出艙任務(wù)

11月30日，神舟十五號(hào)載人飛船與空間站組合體成功實(shí)現(xiàn)自主快速交會(huì)對接后，“神十五”乘組從飛船返回艙進(jìn)入軌道艙。

完成各項(xiàng)準(zhǔn)備后，期盼已久的“神十四”乘組激動(dòng)地打開“家門”。在節(jié)點(diǎn)艙，兩個(gè)乘組的指令長率先會(huì)面，陳冬與費(fèi)俊龍握手擁抱。隨后，6名中國航天員在問天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)順利會(huì)師，留下了足以載入史冊的太空合影。

此后，兩個(gè)乘組在軌交叉駐留5天，完成了中國載人航天工程歷史上第一次在軌交接。“神十四“乘組指令長陳冬將中國空間站鑰匙鄭重交給了“神十五”乘組指令長費(fèi)俊龍。

在地面科研人員配合下，“神十四”乘組還完成了空間站組合體狀態(tài)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理下傳、留軌物資清理轉(zhuǎn)運(yùn)等撤離前各項(xiàng)工作，與同事們揮手告別，為183天在軌生活畫上句號(hào)。

▲ “天宮課堂”第三課“水球變懶”實(shí)驗(yàn)

多方“保駕”安全回家

長期處于微重力環(huán)境，航天員的體液會(huì)重新分配，血液可能減少20%左右。由于航天員身體多處肌肉不需要對抗重力，比如腿部、腰部和脊柱等長期處于放松狀態(tài)，肌肉可能會(huì)萎縮20%以上。另外，空間站24小時(shí)環(huán)繞地球飛行16圈，導(dǎo)致航天員每天要經(jīng)歷16次日出和日落，這會(huì)影響激素分泌，造成不同程度的免疫系統(tǒng)紊亂。因此，航天員撤離前，地面支持團(tuán)隊(duì)必須實(shí)時(shí)監(jiān)測航天員健康狀況，提前制定好醫(yī)療方案。

▲ 陳冬從空間站拍攝月亮過中秋節(jié)

航天三江紅峰公司研制的生理信號(hào)測試盒和心電記錄裝置佩戴在航天員身上，能實(shí)時(shí)監(jiān)測航天員的呼吸、體溫、心電等生理指標(biāo)，供地面醫(yī)護(hù)人員監(jiān)護(hù)分析。

航天科技集團(tuán)五院研制出中繼終端，成為空間站與地面通信聯(lián)系的重要渠道。儀表計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件可以提供空間站各個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)及航天員身體狀況，成為“智慧大腦”，匯集與三艙有關(guān)的所有信息，通過中繼終端傳回地面，供地面團(tuán)隊(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

在技術(shù)人員精心設(shè)計(jì)下，神舟十四號(hào)載人飛船的回家之旅把握住了“3個(gè)度”，即速度、精度和溫度。

本次任務(wù)延續(xù)了神舟十三號(hào)載人飛船的快速返回模式，返回繞飛地球從18圈縮短至5圈，返回時(shí)間縮短近20個(gè)小時(shí)。

飛船需要從距離地球400千米的地方精準(zhǔn)地降落到東風(fēng)著陸場，難度堪比“萬里中10環(huán)”。為提高返回艙救援定位精度，飛船設(shè)計(jì)師們通過不斷改進(jìn)技術(shù)，將定位最大誤差控制到百米級，進(jìn)一步提升搜救效率。

▲ 陳冬是我國首位在軌累計(jì)時(shí)間超過200天的航天員

神舟十四號(hào)載人飛船延續(xù)了自神舟十二號(hào)載人飛船開始采用的返回制導(dǎo)方式，即采用預(yù)測-校正雙環(huán)制導(dǎo)方式。飛船不用沿著所謂“標(biāo)準(zhǔn)路線”返回，只需一往無前地向落點(diǎn)飛去，既提升了軌道規(guī)劃能力，也提高了返回再入的控制精度和可靠性。

按設(shè)計(jì)，返回艙以小角度進(jìn)入大氣層，使航天員身體所承受的過載降到最低。返回艙內(nèi)還安裝了緩沖裝置，航天員座椅會(huì)在著陸前開始抬升，使沖擊能量被緩沖吸收，充分保證航天員落地的舒適性。

返回艙再入大氣層時(shí)會(huì)與空氣發(fā)生劇烈摩擦，艙體表面局部溫度可達(dá)上千攝氏度。為此，科研人員在艙體表面設(shè)計(jì)了防熱涂層，敷設(shè)燒蝕材料。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，燒蝕材料升華脫落，帶走大量熱量。艙內(nèi)溫度基本上維持在26攝氏度左右，航天員在艙內(nèi)不會(huì)感到不適，只會(huì)通過舷窗看到外面熊熊的火光。

飛船再入過程中，返回艙和大氣層空氣劇烈摩擦，形成包裹住返回艙的等離子區(qū)，造成地面與艙體之間信號(hào)中斷，這就是“黑障區(qū)”。這時(shí)地面無法通過任何遙控方式對飛船進(jìn)行控制，依靠飛行器全自動(dòng)處理，監(jiān)測設(shè)備確保不會(huì)“跟丟”。

在距離地面萬米左右，返回艙降落傘緩緩打開。降落傘由引導(dǎo)傘、減速傘和主傘構(gòu)成，逐級開傘，減小過載，保護(hù)航天員。其中，主傘面積為1200平方米，可以讓飛船的速度降低到數(shù)米/秒。為防止減速傘和主傘張開瞬間承受的力太大，在開傘時(shí)會(huì)處于半打開狀態(tài)，工作幾秒后再完全打開。

此外，為保證航天員生命安全，提高回收著陸系統(tǒng)工作的可靠性和安全性，返回艙上還配置了備份降落傘。飛船一旦檢測到故障，就會(huì)按照預(yù)定程序切換到備份降落傘工作狀態(tài)。

▲ 兩批航天員在節(jié)點(diǎn)艙激動(dòng)擁抱

不過，相比前兩次載人飛船返回任務(wù)，暗夜與低溫是本次任務(wù)的兩大挑戰(zhàn)。

夜晚寒風(fēng)中，在距離地面約1米高度，返回艙底部著陸緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，返回艙穩(wěn)穩(wěn)落地。1支直升機(jī)搜救分隊(duì)、1支載有傘降隊(duì)員的空運(yùn)機(jī)動(dòng)搜救分隊(duì)、1支地面搜救分隊(duì)以及著陸區(qū)周邊民兵分隊(duì)利用搜救信息系統(tǒng)，及時(shí)出動(dòng)。

東風(fēng)著陸場面積達(dá)到2萬平方千米，地形起伏多樣，有許多枯樹、高壓輸電線、低矮建筑、鐵絲圍網(wǎng)等，對直升機(jī)夜間降落和人車路線規(guī)劃造成麻煩。

零下20攝氏度的低溫主要影響人員保暖與設(shè)備適應(yīng)性的問題，可能導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備啟動(dòng)困難、電子設(shè)備工作異常、電池續(xù)航能力降低、搜救隊(duì)員操作失誤等。為此，東風(fēng)著陸場對所有野外工作設(shè)備進(jìn)行了抗低溫防護(hù)，為車輛加裝了低溫啟動(dòng)裝置，給通信設(shè)備配足了備用電池，著陸現(xiàn)場臨時(shí)搭建場所均按8小時(shí)供暖標(biāo)準(zhǔn)配齊電力保障設(shè)施，讓航天員在著陸現(xiàn)場就能吃熱飯，喝熱水，洗熱水澡。

▲ 神舟十四號(hào)載人飛船返回艙著陸瞬間

▲ 返回艙打開艙門

為保證及時(shí)找到返回艙，除布設(shè)一定數(shù)量的多型雷達(dá)，跟蹤測量返回艙軌道并預(yù)報(bào)落點(diǎn)位置外，返回艙上還安裝了自主標(biāo)位設(shè)備，告訴搜救人員“我在這里”。

找到返回艙后，搜救人員首先對艙體進(jìn)行狀態(tài)檢查，確認(rèn)艙外危險(xiǎn)源處于可控狀態(tài)。確認(rèn)無誤后，搜救人員打開艙門，對艙內(nèi)狀態(tài)進(jìn)行檢查，同時(shí)將伽馬源防護(hù)蓋蓋上，避免現(xiàn)場人員受到射線輻射危害。

其實(shí)，航天員安全出艙后，回收試驗(yàn)隊(duì)仍在忙碌：首先將艙內(nèi)的伽馬源及時(shí)取出、封存，接著進(jìn)行載荷交接，包括科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品、航天員個(gè)人物品等，再將艙內(nèi)火工品插上短路保護(hù)插頭，防止火工品意外點(diǎn)燃，然后將艙內(nèi)電源斷電，最后完成航天員座椅緩沖效果檢查、返回艙信標(biāo)信號(hào)準(zhǔn)確度確認(rèn)等工作。

總之，“神十四”乘組和地面團(tuán)隊(duì)在為期半年的任務(wù)中為空間站建設(shè)付出了無數(shù)辛勞，在中國載人航天史上留下了濃墨重彩的一頁。