全解读关于太空三人组出差和回家之

历经整整半年，天，年4月16日，太空“出差”三人组顺利凯旋，平安降落在内蒙古东风着陆场。去年10月16日，航天员翟志刚、王亚平、叶光富在酒泉卫星发射中心搭乘神舟十三号载人飞船进入天和核心舱，成为入住中国空间站的第二批航天员。至此，返回地球后的神舟十三号载人飞船飞行乘组也创下了中国航天员连续在轨飞行时长新纪录。在轨期间，3名航天员在地面科技人员支持下，圆满完成了2次出舱活动、2次“天宫课堂”太空授课活动，开展了多项科学技术试验与应用项目，为后续建造空间站奠定了坚实基础。此次，三人顺利回家，这也意味着，我国将进入空间站工程的建造阶段。在轨期间都做了什么？据中国载人航天工程办公室消息，神舟十三号航天员乘组在神舟十二号航天员乘组前期工作的基础上，完成了二十余项在轨科学实验。这些实验围绕航天员健康监测新技术、科学新知识新发现及数据积累，完成了一系列创新研究，首次建立了空间条件下细胞的长期培养体系和细胞模型。利用该体系和培养模型，科研工作者完成了几项国际领先的生命科学实验。例如，从人体尿液中的肾上皮细胞，通过基因重编程的方式，把它转化成具有多种功能的干细胞，又将其分化为心肌细胞，并使蛋白发出荧光，这是人类首次观测到失重条件下的心肌细胞“钙信号闪烁”。此外，航天员们也完成了国际上首次皮肤干细胞失重悬浮培养实验。年12月26日，航天员叶光富、翟志刚身着“飞天”舱外航天服，先后从天和核心舱节点舱成功出舱，开展舱外作业。我国空间站的建造分空间站关键技术验证和空间站建造两个阶段。北京大学地球与空间科学学院教授焦维新在接受记者采访时表示，神舟十三号和神舟十二号载人飞船的在轨工作都属于第一个阶段，是为了给后续空间站建造做准备。我国空间站是三舱结构，呈“T”字形，核心舱上去后，剩下两侧是问天和梦天两个实验舱。“每个实验舱都有20多吨，两个大家伙要与中间的核心舱对接，掌握不好就会发生碰撞，这对安全对接提出了挑战。”焦维新说，在这个关键问题上，神舟十三号载人飞船飞行乘组做出了突出贡献。贡献之一是航天员在轨期间成功进行了机械臂辅助舱段转位。焦维新认为，考虑到两个实验舱的重量，如果直接从侧面与核心舱进行对接，风险较大。所以当实验舱接近核心舱时，要先进行轴向对接，对接完再利用核心舱上的旋转机械臂，让实验舱和核心舱分离，转动90度后，再从侧面进行对接。为了确保实验舱与核心舱对接万无一失，神舟十三号载人飞船飞行乘组就曾以天舟二号货运飞船为实验品，把它当作实验舱，提前演练了一遍。年12月9日，“天宫课堂”第一课正式开讲，这是中国空间站首次太空授课活动。同时，3名航天员还在空间站上安装了大小机械臂的级联装置，增加了机械臂爬行距离。“等未来两个实验舱都对接上去后，空间站造型的两端就会变长。若只有一个机械臂，对安装或转移装置就会造成困难，所以要通过级联装置把大小机械臂接在一起，让机械臂变长。”焦维新对记者表示。此外，在轨航天员还完成了货运飞船与空间站对接的手控摇操作。焦维新把手控交会对接和自动交会对接，比喻成空间交会对接的左右手，他们互为备份，是系统可靠性的重要保障。此前，神舟十三号航天员乘组在地面科技人员的密切协同下，经过约2小时，在空间站核心舱内采取手控遥操作方式，圆满完成了天舟二号货运飞船与空间站组合体交会对接试验。而此次试验，也初步验证了空间站与来访飞行器手控遥操作系统的功能、性能以及天地间协同工作程序的科学合理性。航天员在回家前做了哪些准备？据了解，3名航天员在返回地球之前，还需要做好物资清点转移、舱内环境清洁维护、打包下行物品、设置无人飞行模式、检查飞船工作状态、身体监测等工作。“神舟十三号返回，除了带上3名航天员外，我们还可以带上公斤左右的东西。”全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩说。“该归位的东西要归位，各类物品也要分门别类地整理好，防止到处飘浮损坏核心舱上的其他设备。还有些物品会留在上面，为下一批乘组在轨工作生活提供帮助。”庞之浩称，有的物品需要放入轨道舱随轨道坠入大气层，有些物品航天员则需要带回地球，这其中包括部分实验样品和相关数据。4月2日，送别天舟二号货运飞船后，在轨飞行的神舟十三号航天员乘组正在紧张进行飞船返回的各项准备工作。庞之浩说，此前一些垃圾已经通过天舟二号货运飞船运回地球。此次回家前，航天员们也可能会整理出一些残余食品垃圾、卫生用品垃圾、在轨实验产生的废弃物等，放入轨道舱，然后随轨道舱坠入大气层，燃烧殆尽。在完成整理后，航天员们还要对舱内环境进行全面的清洁维护，以控制空间站合体内微生物滋长。值得注意的是，为了保证安全返回，航天员们还需要加强身体监测与锻炼。据中国载人航天工程办公室消息，舱内有大量用于航天员的在轨医疗监测的货包，为了保障航天员的安全，地面人员根据航天员的身体在轨检查情况和获取的数据，有针对性地调整了航天员在轨身体锻炼等防护方案。“主要是因为航天员在微重力环境下长期工作生活，身体会发生很大变化。比如肌肉萎缩，骨质流失，体液减少，甚至免疫系统紊乱。所以在他们回家前，还需要进行强化锻炼，为返回地面提前做好适应性调整。”庞之浩解释。据他介绍，航天员离开空间站之前，需要做好临行状态设置，把电、水、气、通信等方面都设置到位，还需要进一步熟悉在返回过程中的必要操作和应急预案，做到万无一失。此次回家还需要哪些程序？此前，神舟十二号乘组重返地球总共需要离“站”上“船”，撤离空间站组合体；绕飞之后执行首次“径向交会”试验；等待返航，与地球同步作息；进入大气层前完成“两舱”分离；进入大气层，经历高温震动恶劣环境考验；打开降落伞，稳稳落地等6大步骤。据中国载人航天工程办公室消息，此次返回任务首次采用了“快速返回方案”。这意味着，神舟十三号不仅是我国在轨驻留时间最长的飞船，也成为了返回最快的飞船。据了解，此次神舟十三号首次采用的“快速返回方案”，减少了绕飞圈数，将航天员返回过程由11圈缩减至5圈，返回时长控制在了几小时内。“这次优化了程序，把有些串联的工作改成了并联的工作，提高了航天员在舱内的舒适性和返回的效率。”庞之浩称。4月11日，搜救力量在东风着陆场展开第三次全系统综合演练。央视新闻报道称，神舟十三号载人飞船与空间站天和核心舱首先实施分离。分离前，航天员需要关闭连接天和核心舱与神舟十三号的双向承压舱门，正式撤离空间站。进驻神舟十三号飞船后，航天员需要马上换上出征时穿过的舱内压力服。此后，航天员须在返回舱值守，等待返航。接着，在进入大气层前，要完成“两舱”分离。神舟飞船在降轨之前，轨道舱和返回舱将首先进行分离。随后发动机开机，飞船逐步下降高度，并在进入大气层之前完成推进舱分离，返回舱进入返回轨道。“轨道舱和返回舱分离时这个动作一般没什么风险，但此前苏联的一艘飞船在轨道舱和返回舱分离时，因中间的密封装置没密封好，导致航天员急性缺氧、体液沸腾而死亡。”焦维新告诉记者，历史上有了此次教训后，航天专家便设计了一种在轨密封检漏装置，现在基本不会出现这种错误。焦维新说，飞船返回舱下降到距地面公里左右，进入大气层，这也是返回过程中环境最为恶劣的阶段，其间会经历4到6分钟的“黑障区”。“温度高，周围的气体电离，形成等离子体鞘。稠密的离子体鞘会阻止电磁波穿过，所以返回舱此时会和地面失去联系，但地面也可以通过电扫雷达等方式进行跟踪。”最后，在距地面10公里左右的高度，返回舱将依次打开引导伞、减速伞和主伞，并抛掉防热大底。在距地面1米左右时，启动反推发动机，下降速度降到2米/秒左右，最终使返回舱安全着陆。“除了主伞外，我们还有个多平方米的备用伞，如果出现主伞打不开的情况，此时就可以用上备用伞。”庞之浩表示。回来后降落在哪里？年5月8日，我国新一代载人飞船试验船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆。此后，东风着陆场摆脱了“备用”身份，开始“转正”，并开启了着陆场系统常态化应急待命搜救模式。年9月17日，神舟十二号返回舱就在东风着陆场安全降落，聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员安全返回地面。而此次东风着陆场也顺利迎来了从天而降的神舟十三号返回舱。4月11日，神舟十三号载人飞行任务着陆场区指挥部在东风着陆场举行动员誓师大会，展开第三次全系统综合演练。东风着陆场位于内蒙古阿拉善盟额济纳旗的中南部地区，地域辽阔，人烟稀少，冬季干冷，夏季炎热，少雨多风。这里有沙漠、戈壁、山地，基本涵盖了需要进行试验的各种着陆地形。“它离酒泉卫星发射中心也比较近，一些设备、人员的调动也相对便利。此外，该地农牧民的生活生产区域很少，不会对居民产生很大的影响。”焦维新表示，因此前的保障经验，东风着陆场具备专业的搜救队伍，也拥有专业的搜救能力。中国载人航天工程着陆场系统副总设计师卞韩城曾经介绍说，依托酒泉卫星发射中心建设东风着陆场，部署一支搜救力量，就可在发射、运行、返回各个任务段执行多样化搜救任务，不仅可以搜救飞船返回舱，还可以搜索火箭残骸和实现航天员应急搜救任务的常态化值守。据央视新闻报道，根据此次神舟十三号返回任务特点，搜救回收分队在东风着陆场东西两区共设置了11个搜救分队，投入了近百台车辆，5架直升机，1架固定翼飞机，并在着陆场周边协调了相应的民间搜救力量，共同守护航天员平安归航。