神舟十三號的任務比你想象的更艱巨
月下棹神舟,星夜赴天河。
距離神舟十二號凱旋回歸地球還不足1個月,神舟十三號又要載著3位宇航員去空間站出差了。
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了預定軌道,奔向了浩瀚無垠的太空。
大漠秋色攬神舟,第十三發箭正在弦,中國又完成了一次激蕩人心太空飛行任務。
發射神舟十三的意義是什么?
自2021年4月29日,核心艙“天和”號發射升空,并順利入軌,從此中國空間站建設的大幕就此開啟。而此后中國空間站的建設就像是在搭建一個巨型的積木一樣,通過一步步的驗證逐漸趨于完整。
在天和核心艙發送成功的1個月后,5月29日,“天舟二號”貨運飛船也順利發送到了太空,并在30日5時快速完成了與核心艙的對接,它就好比是位身手不凡的“太空快遞小哥”,一次性送了6.8噸物資上天。
緊接著,6月17日9時22分,長征二號F遙十二運載火箭成功發射了神舟十二號載人飛船,順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員送入天和核心艙,并在核心艙“出差”3個月完成了一系列太空實驗工作。
3個月后,9月20日,長征七號遙四運載火箭又成功發射了天舟三號貨運飛船,與天和核心艙及天舟二號組合體完成交會對接。相比天舟二號所載運的實驗和生活物資外,天舟三號更多地攜帶了一些空間應用實驗設備,包括航天醫學實驗、航天技術實驗、搭載實驗等相關設備;以及一些來自地球的種子,包括一些樹、蔬菜、大豆等種子,用來進行太空育種實驗。
與國外的航天技術相比,中國空間站雖然起步較晚,但具有后發技術優勢。此次,神舟十三載人航天任務則是對之前所有任務的夯實和加強,具有承上啟下的作用。如果飛行任務能在6個月內如期圓滿結束,這就意味著我國已經順利完成了天宮空間站關鍵技術驗證階段,離大目標建成天宮空間站又更近了一步。
神舟十三任務亮點之一:徑向對接
之所以我們說神舟十三飛行任務責任重大,是因為這是我國載人飛船在太空首次實施徑向交會對接任務。自神舟八號以來,我們發送上去的5艘飛船采取的都是軸向對接,而徑向對接與軸向對接的夾角是90度。雖然只是角度變了90度,但對接的難度卻要比以往的任務都要難,在此前從未有飛船在太空中真正驗證過這項技術。
目前,我國的天宮空間站共有3個對接口,分別為前向、后向2個水平方向跟垂直方向的1個,這個垂直方向也就是徑向。之前空間站天和核心艙的前向端口已經被天舟二號貨運飛船對接,后向端口上又連接著天舟三號,所以此次飛行任務只能從徑向進行對接。
我們可以把天空站想象成一個大型的樂高積木,之前的軸向對接都是“ ̄”型的,那么徑向對接就是“丅”型對接。
軸向對接相對來說比較簡單,只需要飛船跟空間站保持在一樣的軌道高度上就行。徑向對接就要更復雜些,這項操作首先得需要對接的飛船飛到天空站的下面,而后還要與空間站處于相對靜止的運動狀態,最后再把飛船調整成90度的狀態才可以和空間站完成自動對接,而且飛船的每一次變速都會為對接帶來很大的挑戰,太快或太慢都無法完成,這便是徑向對接的難點所在。
神舟十三任務亮點之二:機械臂輔助艙段轉位技術
機械臂輔助艙段轉位技術是本次飛行任務中的另一項重大亮點。
在天空站的建設過程中存在著很多風險,特別是在飛船和空間站直接對接的時候極易發生碰撞的情況,風險極大。保險起見我們肯定需要一項工具來輔助艙段進行轉位,而這一高難度操作就需要機械臂輔助艙段轉位技術來完成。
天宮空間站的機械臂總共有7處關節,2處末端執行機構,能夠像人的手臂一樣高度靈活自如地活動,而且最大承載能力有25噸,可以穩妥的抓牢10多噸的龐大飛行船,不僅能輔助航天員出艙,而且還能輔助航天器順利完成轉向、分離和再次對接等多種操作。
我個人認為這是本次神舟十三號飛行任務中最重要的一項,因為只有順利完成了這項驗證,才能保證以后空間站的建設任務順利地從驗證走向建造。
神舟十三任務亮點之三:空間站長期駐守常態化驗證
這次神舟十三號的航天員們按計劃將在軌駐留6個月,進一步驗證航天員在軌駐留6個月的健康、生活和工作保障技術。
空間站建設是一項耗資重大,科研難度極高的任務,而且發射載人飛船的成本也是一筆不可小覷的數字,所以從科學研究的角度出發,航天員在太空內駐留的時間越長,驗證得到的結果可靠性也會越高。而6個月的乘組更換也是基于平衡科研效益和人性化考慮得出的數字,可太空畢竟有別于地球,過長時間的工作對宇航員的身心健康都會造成一定的影響。
在太空中,長時間的失重和空間輻射環境都會對航天員的身體或將造成不可避免的各種影響,典型的影響比如心肺功能下降、骨質疏松、肌肉萎縮等。之前在太空中生活了3個月的3位飛行員剛返回陸地時都出現了無法行走的問題,這就是長期失重對人體造成的影響之一,為了重新恢復對地球重力的適應性宇航員必須要經過近半年的訓練期才可以恢復。另外,由于長期處于比較枯燥的狀態,航天員在空間站也易產生一些心理方面的問題,這都需要我們通過這次飛行任務進一步驗證。
如果6個月后,宇航員身心健康這一項驗證也能順利完成,將會為日后的太空站建造工程打下更堅實的基礎,可以有更多的宇航員長期生存在空間站進行各項實驗任務。
此次飛行,中國空間站也迎來首個女航天員王亞平,在執行任務期間她將會實施出艙活動,和其他2位男宇航員一起執行機械臂輔助艙段轉位、手控遙操作等空間站組裝建造關鍵技術試驗為后續的空間站建造任務做準備。
中國空間站建設新時代來臨
總的來說,目前我國的空間站正在按照計劃有序地進行當中。太空軍備競賽已經成為了當前各國比拼科技硬實力的關鍵一戰,是現代科技的最高精華,它的建設和運行是對1個國家綜合科技能力的考驗,而在這些高科技技術當中,空間對接無疑則是最關鍵、最具挑戰性的核心技術之一。
今年,我們發射了2次貨運飛船天舟二號和天舟三號。載人飛船也是2次,包括神舟十二號和神舟十三號,這些頂級的飛行任務都足以看出我們的航天系統已是愈發成熟。
神舟十三號是空間站關鍵技術驗證階段的收官之戰,相信6個月后,我們所關心的神舟十三號所承載的驗證任務都會得到解答。接下來的時間,按照規劃,我國將在 2022 年陸續發射這兩座實驗艙,并與天宮空間站交會對接組成完全體,同時載人航天工程也會進入常態化,我們將會以更多的方式去了解神秘的太空。
另外,在神舟十三號任務之后,我國還將會陸續發射天舟四號、神舟十四號、問天實驗艙、夢天實驗艙、天舟五號、神舟十五號等任務,不僅要完成中國空間站的組裝建造,還要讓空間站進入正式運營階段。
屆時,在浩瀚的宇宙中,中國空間站將會以最閃耀的姿態閃爍于其中。
本文來自微信公眾號 “陳博每日觀察”(ID:CHENBOviews),作者:陳博,36氪經授權發布。