神舟十三號升空,天宮迎來又一批訪客
北京時間10月16日0時23分53秒,長征二號F遙十三運載火箭在酒泉衛星發射中心921工位點火,在升空582秒后,搭載航天員翟志剛、王亞平、葉光富的神舟十三號載人飛船順利進入預定軌道。
長征二號F遙十三火箭發射升空 | 人民日報
隨后,飛船進入快速交會對接模式,將在6個多小時內進行多次機動變軌,于清晨6時許完成與空間站天和核心艙節點艙的徑向交會對接。中國空間站將迎來它的第二批造訪者。
神舟十三號是我國第8次載人航天飛行任務,也是中國空間站的第2次載人飛行任務,還是空間站關鍵技術驗證階段的收官之戰。
神舟十二號飛行任務標識 | CMS
神舟十三號航天員乘組將在軌駐留6個月,任務主要目標為驗證中國空間站建造相關技術,為我國空間站后續建造及運營任務奠定基礎。
此后,中國空間站工程將由關鍵技術驗證階段正式轉入在軌建造階段。
中國空間站建設階段歷次飛行任務圖 | 微博@Vony7
神舟十三號航天員乘組
神舟十三號正式乘組的3名航天員為:翟志剛(下圖中)、王亞平(下圖右)、葉光富(下圖左),指令長為翟志剛。
神舟十三號載人飛行任務乘組定妝照 | CMS
乘組構成仍為“兩老帶一新”,其中翟志剛和王亞平分別執行過神舟七號和神舟十號任務,此次任務是他們的第二次飛行,葉光富則是首次飛行。
翟志剛定妝照 | CMS
翟志剛,55歲,特級航天員,專業技術少將軍銜,曾為空軍一級航天員。1998年入選我國首批航天員。
翟志剛在神舟七號任務出艙時揮舞國旗 | 央視新聞
在2008年9月25日至27日的神舟七號飛行任務中,擔任指令長,并實現了中國人的首次太空出艙活動,因此獲“航天英雄”榮譽稱號。他的“我已出艙,感覺良好”至今仍是中國航天的佳話。
王亞平定妝照 | CMS
王亞平,41歲,一級航天員,大校軍銜,曾為空軍二級飛行員。2010年入選我國第二批航天員。
神舟十號任務時的王亞平在天宮一號內進行太空授課 | 張曉光 攝
2012年6月執行神舟十號飛行任務,并進行了我國首次太空授課,因此獲“英雄航天員”榮譽稱號。
葉光富定妝照 | CMS
葉光富,41歲,二級航天員,大校軍銜,曾為空軍一級飛行員。2010年入選我國第二批航天員。
葉光富與美、俄、西、日的5名宇航員參與2016年國際洞穴訓練 | ESA
本次任務是他執行的首次載人航天飛行任務,此前他曾參加2016年在意大利撒丁島的歐空局國際洞穴訓練。
葉光富為德國宇航員馬天講解救生衣使用方法 | CMS/Seger Yu
十分湊巧的是,此前來華參加訓練的德國宇航員馬蒂亞斯?毛雷爾(Matthias Maurer,自取中文名為馬天),也將在本月30日搭乘SpaceX的Crew-3載人龍飛船前往國際空間站,開始他的首次飛行任務。在未來,他很可能將造訪中國空間站。
神箭遙十三的飛天之路
神舟十三號飛船重約8噸,為軌道艙-返回艙-推進艙三艙構型。
返回艙是航天員起飛和返回所在地,可謂是庇護所,也是指控中心;
推進艙為飛船提供動力、能源,并帶有環境控制和通信等部分設備;
軌道艙則是航天員在飛船獨立飛行時進行休息、餐飲、如廁的地方,也是飛船通往空間站的必經通道,在其頂部安裝有對接機構。
量產型神舟飛船結構示意圖 | BWFrank
神舟十三號飛船的發射,由至今100%成功的“神箭”長征二號F運載火箭承擔。長二F特有的逃逸塔結構可在發射遭遇故障時啟動,使飛船脫離危險,保證航天員的生命安全。
此次發射的遙十三箭與6月發射神舟十二號的遙十二箭有點兒不同,其一二級級間段加上了一層厚厚的保溫泡沫,以保護火箭不受發射場10月份夜晚低溫的影響。
垂直轉運時的長征二號F遙十三運載火箭(注意還未安裝尾翼) | 微博@攝影師崔小熊
因為要與中國空間站進行交會對接,神舟十三號的發射窗口十分嚴苛,一般只有那特定的2分鐘時間。發射時,空間站幾乎就在發射場頭頂上空。如果因故錯過,就需要再等上一天或更久。
中國空間站于10月16日00:18-00:29過境酒泉發射場,且中天高度為90度 | Heavens-Abobe
神舟十三號從我國唯一的載人發射場酒泉衛星發射中心起飛后,一路向東偏南方向飛行,途徑內蒙、寧夏、陜西、山西、河北、山東等省,最終在黃海上空入軌,進入了200 × 356千米× 41.5°的軌道。在進入遠望3號的測控區域,即起飛后約12分鐘后,太陽帆板展開。
發射時,沿途區域按慣例設立了一條長帶狀的禁飛區,一時間飛機紛紛讓路,頗為壯觀。此外,在黃海海域和鄂湘贛區域各設立了一個應急降落區,以供飛船應急情況下的返回。
神舟十三號飛行路徑示意圖 | 本文作者
與神舟十二號相同的是,神舟十三號仍然采用自主快速交會對接模式,憑借飛船的“智慧大腦”和“矯健身姿”,在多次變軌后,將僅用6.5小時(繞地球飛4圈多)便能追上空間站。
神舟十三號對接前的中國空間站三艙組合體狀態 | BACC/我們的太空/B站@神舟十號SZ10
與神舟十二號的前向交會對接不同的是,神舟十三號與核心艙將進行徑向交會對接。
這是因為現在天舟二號“占據”了前向對接口。在今后空間站運營階段,同時對接兩艘載人飛船時,將會經常遇到此類情況,因此神舟十三號的首次徑向交會對接是十分必要的技術驗證。
神舟十三號徑向交會對接示意圖 | 央視
對接完成后的中國空間站,將形成以天和核心艙 + 天舟二號貨運飛船 + 天舟三號貨運飛船 + 神舟十三號載人飛船所構成的四艙(船)組合體,總噸位將首次突破50噸。
驗證空間站關鍵技術
在四艙(船)組合體運行期間,神舟十三號將驗證空間站組裝建造關鍵技術,其任務內容包括:
開展機械臂輔助艙段轉位試驗,由航天員操作機械臂控制天舟二號貨運飛船,將其從目前的前向對接位置轉移至空間站兩側的停泊口;
手控遙操作試驗,像飛無人機一樣,遠程控制天舟二號的姿態調整、機動飛行及與空間站的交會等。
神舟十三號航天員操作機械臂輔助天舟二號轉位 | 央視
將于明年發射的兩個重約22噸的實驗艙,它們的組裝建造就必須采用這種機械臂輔助艙段轉位技術,因此神舟十三號所開展的技術驗證不可謂不關鍵。
天和核心艙機械臂輔助夢天號實驗艙轉位至第2象限停泊口 | 航天科技五院
也許有人會問,就不能直接對接到停泊口嘛?
答案是,還真不能。
相比對接口,停泊口沒有安裝對接所需的各類敏感器,強行主動對接會變成“盲人摸象”,因此實驗艙只能先對接到前向對接口上,然后再依賴機械臂的幫助轉移到側向停泊口上。
天和核心艙具有前向、后向、徑向3個對接口和2個側向停泊口 | CMS
天舟二號在完成以上關鍵技術驗證后,將擇機撤離空間站,并受控離軌、再入大氣銷毀。屆時,空間站又將恢復三艙組合體的狀態。
此后,神舟十三號乘組將擇機進行2-3次出艙活動,安裝大小機械臂雙臂組合轉接件及懸掛裝置,為后續空間站建造任務作準備。王亞平將由此成為中國首位實施出艙活動的女航天員。
用于出艙的腳限位器和操作臺已固定在天和核心艙節點艙外 | Seger Yu
神舟十三號乘組在空間站的日常工作,自然少不了航天醫學、微重力物理領域等各類空間科學實驗、應用與技術試驗,以產出高水平科學成果。
天和核心艙內的無容器材料實驗柜和高微重力實驗柜 | Seger Yu
在此之余,神舟十三號還將開展多樣化科普教育活動,應當會同神舟十二號一樣,進行多次天地連線,與學生及普羅大眾通話互動。
其中最令人關注的是,王亞平將開展她的第二次太空授課。
2013年執行神舟十號任務的王亞平在天宮一號內進行首次太空授課的情景 | 央視
作為空間站未來建造和運營階段的探路者,神舟十三號任務最主要的目的還是驗證航天員在空間站在軌駐留6個月的健康、生活和工作保障技術。
長期的失重和空間輻射環境對航天員的身體將不可避免產生各種影響,典型如心肺功能下降、骨質疏松、肌肉萎縮等。
神舟十二號航天員在完成太空生活3個月后,剛返回地面時無法行走,就明顯體現了長期失重對人體的影響,而重新適應重力環境需要為期半年的恢復訓練。
神舟十二號乘組剛返回時,無法長時間行走站立 | 新華社
因此,在太空中工作生活半年是神十三航天員乘組所需面臨的最大考驗,他們將在實踐中為中國航天員常態化半年在軌駐留摸索經驗。同時,神十三任務也將全面考核包括生命保障系統在內的各系統執行空間站任務的功能性能,以及系統間的配性。
不同于其他航天任務,載人飛行任務必須做到一絲不茍,萬無一失,畢竟航天員的生命安全絕不容有失。為此,空間站準備了4800余條應急預案,在面對太空垃圾撞擊威脅時,可主動進行機動規避。一旦發生危及航天員生命的突發狀況,航天員可立刻乘飛船緊急返回。
在軌大于10cm物體已超30000個,與太空垃圾碰撞概率日益增大
此外,神舟飛船/長征二號F這一天地往返運輸系統建立了“發射一發、備份一發”的滾動備份運行機制,即神舟十四號的飛船和長二F遙十四火箭作為神舟十三號的備份,與神舟十三號一同進場。
在神舟十三號飛行期間,長二F遙十四火箭時刻矗立在酒泉衛星發射中心的9001總測廠房內值班待命。需要時,只需準備8.5天,便可應急發射,救援空間站上的航天員。
而在正常情況下,火箭從進場到正式發射,可能需要“站立”8個多月。
神舟十三號轉運時,發射神舟十四號的長二F遙十四火箭已在隔壁廠房內值班待命 | 簡彬 攝
神舟十三號任務及其3名航天員,注定將載入史冊,創造中國載人航天事業又一項新的記錄。而這項紀錄也必將被更多后來者所不斷打破。
在神舟十三號任務之后,我國還將陸續發射天舟四號、神舟十四號、問天實驗艙、夢天實驗艙、天舟五號、神舟十五號,以完成中國空間站的組裝建造并進入正式運營階段!
屆時,許多新的面孔,如一些科學家、飛行工程師及國外航天員,都將有機會到我國空間站工作生活。
中國空間站一期完全體預計將于2022年底建成 | CMS
本文來自微信公眾號“果殼”(ID:Guokr42),作者:Phil Leaf,36氪經授權發布。