神舟十八號科技新亮點

2024年4月25日，我國神舟十八號載人飛船發射成功。此次任務是我國載人航天工程進入空間站應用與發展階段的第3次載人飛行任務，是工程立項實施以來的第32次發射任務。執行神舟十八號載人飛行任務的航天員乘組由葉光富、李聰、李廣蘇3名航天員組成，葉光富擔任指令長。

神舟十八號航天員在軌任務包括執行多次出艙活動，進行微重力基礎物理學、空間材料科學、空間生命科學、航天醫學、航天技術等多領域的實驗與應用，安裝空間站碎片防護加固裝置，完成艙外載荷和艙外平臺設備的安裝與回收等。這些任務的順利完成將有力支撐空間站在軌運行和科學實驗的需求。

作為最新一批神舟載人飛船的第一艘，神舟十八號有多項技術升級，特別是全面升級了飛船的電源系統，提升了飛船的性能與安全性。

電池續航能力更強

神舟飛船是航天員實現天地往返的“生命之舟”，由軌道艙、返回艙和推進艙構成，共有14個分系統，電源分系統則是其中最為關鍵的系統之一，堪稱飛船的“心臟”。它包括整船在軌飛行提供電能的主電源、關鍵階段可確保航天員安全的應急電源、為返回艙提供電能的返回著陸電源、為軌道艙和返回艙提供火工控制能源的火工品電源等。相較于神舟十六號和神舟十七號載人飛船，神舟十八號載人飛船進行了電源全新升級。在神舟十八號飛行任務中，鋰離子電池接過鎘鎳電池的“接力棒”，電池擴容達30%。

為什么要從鎘鎳電池升級為鋰離子電池呢？這是由空間站時代飛船的使用環境和使用時間長度變化決定的。空間站時代后，飛船在軌時間通常是6個月，這樣一來就面臨兩個很嚴峻的問題。一是空間站艙體的遮擋問題。數十米的艙體連接長度和巨大的柔性太陽翼，對神舟載人飛船造成了比較嚴重的光照遮擋，導致自主發電能力不足。二是神舟飛船?？科陂g需要接受空間站的電力供應，由此產生充放電狀態不斷切換的不穩定情況，造成充放電不規律問題。從神舟一號到神舟十七號，飛船配置的都是鎘鎳電池，這種電池具有高安全、高可靠、耐過充、耐過放等優勢性能，可以滿足神舟飛船高安全運行的任務要求。但是它也有缺點，那就是“記憶效應”。記憶效應是指蓄電池在反復淺充淺放后，電池容量比全充全放時減少了，導致使用時間縮短。相較于鎘鎳電池，鋰離子電池的一個突出優勢就是沒有記憶效應，使用壽命長。這就使得神舟飛船克服了不規律充放電問題，獲得了更長的停靠空間站組合體的時間，同時也更加安全、可靠。相比鎘鎳電池，鋰離子電池比能量更高、循環壽命更長、高倍率充電更佳，且為整船減少了50千克左右的重量。

艙內畫面更清晰

中國空間站已進入常態化運營模式，目前空間站及貨運飛船中的相機已升級到1080P高清視頻，但由于沿用整體方案，且受測控體制和信道制約，載人飛船傳輸的視頻仍維持原有的標清標準。為了提升神舟飛船返回艙的圖像質量，科研人員嘗試通過更迭軟件來實現畫質升級。相機畫質升級意味著原始數據倍增，然而，飛船內的相機原本是面向較小分辨率圖像的處理與傳輸而設計的，這使得傳輸信道、處理能力、調度策略均面臨技術瓶頸。對此，圖像團隊不斷優化算法、反復迭代論證，最終讓圖像清晰度明顯提升，人物面部細節也更加豐富。

“神舟舵手”更成熟

神舟十八號載人飛船是空間站應用與發展階段第二艘實施徑向對接的載人飛船。2023年5月30日，中國空間站應用與發展階段首艘載人飛船神舟十六號就與中國空間站成功實現了徑向對接。神舟十八號載人飛行任務再次實施徑向對接，也標志著我國自主研發的空間交會對接制導導航與控制（GNC）技術進一步成熟。GNC系統是神舟飛船的核心分系統，被研制人員親切地稱為“神舟舵手”。該系統負責飛船從發射到與火箭分離，再到與空間站交會對接，最終從空間站撤離并返回地球的全過程控制，同時還負責飛船獨立飛行過程中的姿態與軌道控制、太陽翼帆板控制等。

神舟十八號乘組將做哪些實驗

構建小型水生生態系統

受控生命生態系統被認為是人類進行長期空間飛行和地外居留必需的生命支持系統。水生生態系統具有生物適應性好、控制簡單、運行穩定等特點，是近年來受控生命生態系統研究的重要內容。

“空間先進水生生保系統關鍵技術研究”項目，將在軌搭建一個由斑馬魚和金魚藻組成的小型水生生態系統，研究空間環境對魚類生長發育、生態系統運行與物質循環的影響。該項目將成功構建魚類的空間水生生態系統，實現我國在空間培養脊椎動物的突破；并解析空間環境對脊椎動物生長發育與行為的影響，為空間密閉生態系統物質循環研究提供理論支撐。

探究植物干細胞微重力影響

植物的莖、葉、花、果等地上部分器官都來自于莖尖干細胞，研究干細胞調控機理對于解析植物形態和器官的分化有重要意義。

“微重力環境調控植物干細胞功能和結構的分子網絡研究”項目是以模式植物擬南芥的植物莖尖干細胞為研究對象，解析植物在空間微重力環境中，干細胞形態功能與基因表達的變化，為定向設計適應太空環境的空間作物提供理論支撐。該項目上行了100余粒擬南芥種子，在空間站進行為期4周左右的培育生長，后由航天員進行植株采集，并在—80℃冷凍固定，最后隨神舟飛船返回，交付科學家開展地面研究。

探尋生命起源的分子密碼

探尋關于生命起源的諸多問題，如生命的“合成砌塊”是如何逐步組裝成具有基本功能的生物大分子的，人們不可能回到幾十億年前尋找這些問題的答案，只能模擬原始地球環境或基于太空特殊環境，通過有機化合物亙古不變的化學性質及物質之間的相互轉化規律，來有效揭示生命本質及發現生命演化的重要線索。

磷元素是重要的生命元素，星際空間也廣泛存在著各種氨基酸、核苷等“生命的種子”。利用空間站長期微重力環境，以氨基酸、核苷和磷構建“三元反應體系”，可以建立N-磷酸化氨基酸“分子演化系統”。以此為基本生物化學模型，開展蛋白與核酸共起源及遺傳密碼起源的分子進化研究，從分子水平上探究基本生化反應對微重力環境的響應特點，能夠為生命的化學起源中蛋白與核酸共起源理論體系提供重要的科學依據。

太空“超潤滑”材料驗證

摩擦無處不在，磨損相伴而生。摩擦、磨損會加大能源消耗，損壞設備、器件。將摩擦和磨損降低至極限，是摩擦學研究的重要發展方向。

“空間用固液復合潤滑材料的設計、界面作用機理及艙外驗證”項目面向航空航天等重大工程裝備對更長壽命、更低摩擦與更低磨損潤滑材料的應用需求，設計開發了基于二硫屬材料的固體潤滑、基于聚合物涂層-潤滑油脂的固液復合潤滑材料體系，并利用空間摩擦學評價裝置進行艙外驗證試驗，期望在嚴苛的空間環境中實現機械運動的“超潤滑”或近零磨損，揭示潤滑材料在真實空間環境中的潤滑演變過程和損傷機制。

【責任編輯】蒲 暉