中國航天員進(jìn)“天宮”

沈羨云

“神九”上天了！在浩瀚的太空中，“神九”與“天宮一號”相會，航天員入駐到里面，確實(shí)是一件非常不容易的事，必須闖過重重難關(guān)。目前，“神九”的3名航天員早已入駐“天宮一號”，并在“天宮”中居住了13天，勝利地完成任務(wù)返回地球了。現(xiàn)在，讓我們再回放一下“神九”航天員入駐“天宮”的精彩片段吧！

“天宮—神九”對接新特點(diǎn)

“神九”航天員要入駐“天宮一號”，首先必須使兩個(gè)航天器相會。“神九”要追上遠(yuǎn)在343 千米地球軌道上的“天宮一號”，不是一件容易的事。在這場大戲中，兩個(gè)飛行速度比子彈還快數(shù)倍的飛行器要在茫茫太空中完成“天衣無縫”的“接吻”，好比在百米外“穿針引線”，絕對是個(gè)“精細(xì)活” 。這場“太空接吻”大戲，采取的是“天宮一號”在前、“神九”在后的模式進(jìn)行的，擔(dān)任主角的“神九”飛船，必須悉心地調(diào)整著自己的速度和姿態(tài)，緊緊地地追趕“天宮一號”，才能實(shí)現(xiàn)與“天宮一號”的相會、相擁和接吻。

“神九”與“天宮一號”對接，與去年11月“神八”與“天宮一號”對接相比有以下幾個(gè)不同。

飛船手動(dòng)控制系統(tǒng)首次加電。這是神九飛船與“天宮一號”自動(dòng)交會對接的一項(xiàng)重要備份手段。在自動(dòng)交會對接過程中，如果出現(xiàn)異常情況，可以由航天員實(shí)施手動(dòng)對接或撤離。

對接在陽照區(qū)進(jìn)行。神九飛船從４００米停泊點(diǎn)到對接接觸全過程均在陽照區(qū)內(nèi)進(jìn)行。這將進(jìn)一步考驗(yàn)光學(xué)測量設(shè)備在強(qiáng)光照條件下的測量精度和抗光干擾能力。

航天員首次進(jìn)入“天宮一號”。這次任務(wù)中，神九飛船將與“天宮一號”實(shí)現(xiàn)空間連通；航天員將首次進(jìn)入在軌的“天宮一號”駐留，并開展空間科學(xué)應(yīng)用與試驗(yàn)。

應(yīng)急手段進(jìn)一步完善。與首次無人交會對接任務(wù)相比，增加了５０多種應(yīng)急交會對接模式，進(jìn)一步提高應(yīng)急情況下成功實(shí)施自動(dòng)對接的可靠性。

為什么還要進(jìn)行手控交會對接？

“天宮-神九”的第一次相會取得圓滿成功，中國人終于進(jìn)入了天宮，“天宮”生活就此開始。但對于航天員來說，真正繁忙的工作才剛剛開始，6天后他們將暫別“天宮”，完成手控交會對接任務(wù)，這才是他們最大的考驗(yàn)。

為什么要進(jìn)行手控交會對接呢？ 這是因?yàn)樵谔者M(jìn)行交會對接時(shí)，時(shí)時(shí)可能發(fā)生意外情況，只有很好地掌握自動(dòng)和手控兩個(gè)方面交會對接技術(shù)，才能保證空間站的順利建成。自動(dòng)對接是一種程序控制，響應(yīng)迅速、控制精準(zhǔn)，但是，一旦出現(xiàn)意外情況，自動(dòng)系統(tǒng)就顯得“無能為力”。 人腦比電腦更可靠，出現(xiàn)故障時(shí)航天員可以隨機(jī)應(yīng)變，為太空中的復(fù)雜動(dòng)作增加了安全系數(shù)，手控還能節(jié)約時(shí)間和燃料。 迄今為止，美俄共進(jìn)行了300多次交會對接，美國以手控為主，只失敗過2次，俄羅斯以自控為主，失敗過15次，說明手控交會對接的成功率更高。但手控方式增加了航天員的操作負(fù)荷，還要受到航天環(huán)境尤其是光線的影響。

在手控交會對接中，航天員只需要做兩件事：首先航天員要調(diào)光，他們根據(jù)飛船上電視攝像機(jī)拍攝出的外面情況，讓飛船上的“十字靶標(biāo)”與天宮上的“十字靶標(biāo)”重疊，這樣可以使交會對接的位置和姿態(tài)達(dá)到精準(zhǔn)。然而調(diào)光需要在太空環(huán)境不能太亮或太暗的情況下進(jìn)行，否則航天員容易調(diào)不準(zhǔn)。第二件事是調(diào)整飛船與天宮在交會對接的姿態(tài)，這時(shí)航天員只需通過飛船上兩個(gè)操縱桿調(diào)整平移位置和姿態(tài)，來進(jìn)行校準(zhǔn)。看似簡單的兩個(gè)步驟，但在浩瀚的太空中，卻變得極其不易。這個(gè)“舵手”不好當(dāng)：航天員要將飛船與天宮之間的角度嚴(yán)格控制在1°之內(nèi)，橫向的偏差不超過0.2米到0.3米——對于重量超過8噸、長達(dá)9米的飛行器而言，難度相當(dāng)于“百米穿針”。交會對接過程中，航天員要準(zhǔn)確判斷兩個(gè)航天器的相對位置，通過姿態(tài)和平移兩個(gè)手柄，控制飛船姿態(tài)、前進(jìn)速度和方向，對眼手協(xié)調(diào)性、操作精細(xì)性和心理素質(zhì)要求極高。

“天宮”中的生活

在遠(yuǎn)離地球、遠(yuǎn)離家人的日子里，航天員如何在“天宮一號”15立方米的空間里生活、工作和休息？為了保障航天員飛行中健康的身體和良好的心理狀態(tài)，科研技術(shù)人員“絞盡腦汁”，考慮十分周全，采用了各種措施為航天員在“天宮”營造一個(gè)“溫馨的家”。“天宮一號”由實(shí)驗(yàn)艙和資源艙組成。實(shí)驗(yàn)艙是航天員的工作艙和生活艙，它的內(nèi)部四壁都是機(jī)柜，內(nèi)有操作臺、儀表板、照明及生活等設(shè)備，還布置了航天員休息的小艙室。此外，中間有一個(gè)長4米、寬1.8米、高2.2米的通道，是航天員運(yùn)動(dòng)、工作和生活的場所。

“天宮”環(huán)境“天宮一號”內(nèi)溫度在22℃～23℃，濕度40%左右，整體環(huán)境相當(dāng)舒適。為了保證艙內(nèi)大氣環(huán)境的清新，技術(shù)人員動(dòng)了不少腦筋。比如，“天宮一號”在艙內(nèi)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的監(jiān)測和凈化裝置及措施，確保航天員在太空家園里，也能享受到春天般清新的無毒、無害、無味的空氣。

睡為了營造健康舒適的睡眠環(huán)境，“天宮”內(nèi)設(shè)了兩個(gè)“房間”，艙壁上還貼有掛帶，供航天員存放細(xì)軟小物品。睡眠區(qū)正中間的黑色可折疊小桌板用來擺放書籍和電腦。房間中配置了航天員各自的睡袋和可調(diào)節(jié)的“臥室”燈光。為了防止噪聲干擾航天員的睡眠，技術(shù)人員將噪聲控制到最小的指標(biāo)。

吃為了適合中國人飲食的特點(diǎn)，航天員在太空的食品以中餐為主，有五大類、50種食品供應(yīng)，4天一個(gè)周期輪換。由于航天員的味覺在太空會發(fā)生變化，出現(xiàn)食欲不振的情況，因此也為航天員特意準(zhǔn)備了有助“開胃”的辣醬等調(diào)味品。航天食品儲存在專用的食品儲藏柜中，用餐前取出加熱。

衛(wèi)生“天宮一號”中的廁所男女有別，并且是獨(dú)立的空間。雖然航天員不能洗澡，但卻可以在兩個(gè)獨(dú)立的睡眠區(qū)里擦澡，保護(hù)女航天員隱私。在太空用水的分配上還特別照顧女航天員，水量會多一些，另外還允許女航天員帶一些無毒無污染的化妝品。

娛樂娛樂活動(dòng)對于保證航天員穩(wěn)定的情緒和樂觀的心態(tài)非常重要。為保證航天員的娛樂，“天宮”內(nèi)還專門給航天員提供了用來娛樂的筆記本電腦。航天員在工作之余，在睡覺之前，可以用筆記本電腦來上上網(wǎng)，發(fā)發(fā)微博，看看ＣＤ大片，播放一些自己喜歡的歌曲和音樂，或者進(jìn)行其他的娛樂活動(dòng)。為了幫助航天員舒緩“相思之苦”，“天宮一號”首次實(shí)現(xiàn)了與地面雙向的可視通話，航天員可對著屏幕與地球親人進(jìn)行視頻和音頻交流，言談舉止，音容笑貌通過屏幕一目了然，極大地增加了親切感。為保證航天員與家人說悄悄話的私密性，在“天宮一號”里，技術(shù)人員設(shè)置了專門的“密室”，在這個(gè)“密室”里，航天員與愛人說什么悄悄話，別人是沒法“偷聽”的。

鍛煉為了保證航天員飛行中的健康，在“天宮”中準(zhǔn)備了各種各樣的“健康器材”，有自行車功量計(jì)、套袋、負(fù)壓筒等。

航天員做了哪些實(shí)驗(yàn)？

在“天宮”居住的短短10多天內(nèi)，航天員要開展空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（包括空間環(huán)境和空間物理探測等）、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間戰(zhàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)。其中，花費(fèi)航天員最多時(shí)間的是航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)。航天員承擔(dān)15項(xiàng)航天醫(yī)學(xué)相關(guān)空間實(shí)驗(yàn)，開展了健康檢測、監(jiān)測技術(shù)、失重防護(hù)措施、醫(yī)學(xué)要求與評價(jià)等實(shí)驗(yàn)研究和技術(shù)驗(yàn)證，有很多方法和項(xiàng)目都是首次在軌開展。其中最主要的實(shí)驗(yàn)有以下5項(xiàng)。

太空飛行對航天員前庭眼動(dòng)、心血管及腦高級功能影響研究。這是我國首次在微重力環(huán)境下進(jìn)行的人體生理學(xué)研究實(shí)驗(yàn)。

失重生理效應(yīng)防護(hù)的細(xì)胞學(xué)機(jī)制研究。實(shí)驗(yàn)的目的在于探討失重條件下整合素與細(xì)胞因子對成骨細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用。

空間骨丟失防護(hù)技術(shù)研究。飛行中，采用一種對人體無損、小巧玲瓏、使用方便的力刺激儀對航天員進(jìn)行力刺激，觀察其對抗空間骨丟失的效果。

在軌有害氣體采集與分析。通過分析目標(biāo)飛行器艙內(nèi)的空氣質(zhì)量，對目標(biāo)飛行器內(nèi)的微量有害氣體進(jìn)行評估，了解飛行器內(nèi)污染水平。

航天員在軌人體質(zhì)量測量。神九任務(wù)中，3名航天員使用中國航天員科研訓(xùn)練中心自主研制的質(zhì)量測量儀對人體質(zhì)量進(jìn)行測量。

在“天宮一號”中有一個(gè)小小的“太空醫(yī)院”，里面配備了一套生理-生化檢測系統(tǒng)。航天員在飛行中要定時(shí)地檢測和記錄自己身體的生理和生化指標(biāo)，提供給地面，以保證地面隨時(shí)了解他們的健康狀態(tài)，進(jìn)行醫(yī)學(xué)保障工作。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)為航天醫(yī)學(xué)科研人員提供了可貴的醫(yī)學(xué)研究資料。航天員在太空中的游戲項(xiàng)目，有些并不只是簡單的娛樂，而是與科學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)。航天員很多時(shí)候是邊玩邊做科學(xué)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)在失重環(huán)境下人的操作反應(yīng)、認(rèn)知決策的變化。這樣的游戲不僅能獲得科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也使太空生活不再枯燥乏味。3名航天員在“天宮一號”內(nèi)開展的多項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展順利，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)下傳和帶回地面，科技人員正在進(jìn)行分析研究。

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