現在,這三名宇航員已經在太空生活了六個月。他們不僅圓滿完成了所有工作,還在太空給我們上了幾堂太空知識課,深受大眾喜愛。
根據航天局發布的消息,神舟十三號太空艙將於2022年4月中旬返回,三名宇航員將乘坐太空艙返回地球。對他們來說,這將是人生中最有意義的壹次“旅行”。他們見過藍色的地球,感受過失重狀態下的樂趣。
與此同時,他們也承受著未知的痛苦,在失重狀態下承受著對身體的沖擊的同時,完成了各種實驗任務。
在過去的半年裏,三名宇航員完成了許多科研成果。讓我們來看看。
半年來,神舟十三號三位航天員保質保量完成了五項任務:
1,機械臂技術測試
神舟十三號飛船起飛前,曾引起國際社會的討論,人們談論最多的就是飛船上的機械臂。
之前的神舟12飛船也配備了機械臂。這只機械臂曾經在航天員出艙時大顯身手,迅速將壹名航天員和電子設備送到指定位置。
神舟13飛船搭載的機械臂將開展機械臂輔助模塊換位、手動遙操作等空間站組裝建造關鍵技術試驗。
機械手輔助模塊換位是空間站建造的關鍵之壹。不僅要抓十幾噸的龐然大物,而且精度上不能有絲毫誤差。稍有差錯就可能導致實驗艙與核心艙相撞,結果不堪設想。
更難的是,這種操作發生在失重的太空中,機械手和艙體的尺寸都很大。很難在地面上創造出類似太空的零重力環境,進行全方位的設備驗證和訓練,只能通過模擬仿真來研究驗證。
此次任務中,在三名航天員和機械臂的完美配合下,壹艘貨運飛船與天宮空間站核心艙成功對接,完美驗證了機械臂的技術驗證,為中國空間站下壹步建設奠定了堅實基礎。
2.艙外活動
2021 11 7、航天員翟誌剛、王亞平身著我國新壹代“天妃”號艙外航天服,先後從天河核心艙節點艙成功出艙,王亞平成為我國首位執行出艙任務的女航天員,邁出了中國女艙太空行走的第壹步。
這次出艙任務仍然是在三名航天員的配合下完成,兩名航天員出艙,壹名航天員留在艙內執行指揮配合任務,但不同的是,有了神舟十二號乘員的經驗,神舟十三號乘員從準備到出艙的速度和效率大大提高。
在這次出艙任務中,宇航員在太空呆了長達6個小時。在這6個小時裏,3名航天員完成了壹項非常重要的任務,那就是安裝大小機械臂的級聯裝置。
這次出艙的主要任務是在艙外安裝我們大小機械臂的級聯裝置,包括兩個:壹個是懸掛裝置,壹個是適配器。
這次出艙活動除了安裝懸掛裝置,級聯裝置中最重要的適配器也要安裝,以保證以後實驗艙中的小機械手和核心艙中的機械手順利連接組合。
3.驗證太空生活質量。
空間站距離地面約393公裏,剛好是高真空、強輻射、微重力環境。
在空間站可以不受強輻射和高真空的影響,但微重力是空間站無法消除的。長期生活在失重環境下,人體會發生什麽變化,也是十三號航天員的重要任務之壹。
事實表明,宇航員的身體在失重環境下半年發生了很大的變化。
宇航員在太空停留六個月後,身高會增長3%左右。這是因為在失重環境下,人體不會像在地面上那樣受到擠壓,脊柱周圍的肌腱和韌帶完全放松生長。
然而,宇航員的身高增長是壹種錯覺。返回地球後,在重力的作用下,高度會慢慢恢復到原來的高度,而在這個過程中,宇航員會不同程度地感到疼痛。
另外,通過地空連線可以看到,航天員的臉圓了很多,這並不是說在太空吃飯比在地面好吃,而是微重力影響造成的不好的現象。
人體內水分含量高,占人體的60%以上。大多數水以液體的形式存在。血液中有流動的水,細胞中有支持各種化學反應的水。在地面上,人體受重力影響,血液會下沈,下肢血壓會更高,使下肢看起來更腫。
空間站的重力很弱,宇航員的血液不會沈到下肢,而是均勻分布在全身。身體某些部位充血過度,會導致皮膚看起來更腫,臉部水腫變化更明顯。除了血液向上流動,臉部變胖,相機鏡頭拍攝的圖像失真,也讓宇航員的臉看起來更胖。
神舟十三號此行壹個很重要的考驗,就是進壹步驗證航天員在軌駐留六個月的健康、生活和工作保障技術,從而提高後期對我國長期在軌飛行的科學支撐。
4.科學實驗與科普教育
在軌半年,3名航天員出來進行空間站日常維護,也進行了很多針對性的科研實驗。這些科研成果壹部分將隨三名宇航員返回地球,另壹部分將等待新的宇航員來照顧。
三位航天員在軌期間,首次建立了太空條件下的長期細胞培養體系和細胞模型。利用這個系統和細胞模型,研究人員完成了幾項國際領先的生命科學實驗。
中國航天員訓練中心研究員、載人航天工程航天員系統副總設計師李說:
另外,在這個在軌期間,還有很多科目要考,主要目的是為中國航天員將來飛得更遠、飛得更健康做壹系列驗證。
科研人員將根據在軌飛行期間的數據,分析出最科學的生命保障系統,從而優化後期的載人飛行,確保每壹位航天員的生命安全。
此外,從2013神舟十號航天員首次太空授課,到20212第壹個“天宮課堂”,再到2022年3月23日第二個“天宮課堂”,太空授課吸引了越來越多的青少年。
翟誌剛、王亞平、葉廣福三人合作,生動演示了微重力環境下的太空“冰雪”實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗,深入淺出地解釋了實驗現象背後的科學原理。同時,他們展示了壹些空間科學設施,並介紹了他們在空間站的工作和生活。
講座中,航天員通過視頻通話與地面課堂師生互動。這種直播課對於很多青少年,甚至中老年人都有著深遠的意義。我們不是生活在教科書裏,而是真的可以觀察到空間中的影響。
作為新時代的學生,我們必須抓住這樣壹個難得的機會,努力學習。
5.確認地空互補的穩定性。
無論是在太空授課,還是連接地面和空中,都是考核項目中各系統執行空間站任務的功能性能以及各系統之間匹配的過程。
要完成這種天地通信,需要空間站、天鏈中繼衛星和地面站的通信系統共同參與。為完成地面人員與航天員之間的語音、圖像等信息傳輸任務,中國電科在國內外各測控站組建了多型號統壹測控系統和遙測系統。這些地面測控系統和中繼衛星,相互配合,編織了壹張立體的通信測控網。
為了向地面傳輸清晰的圖像,中國電力部門開發了多種天地圖像編解碼終端,可以滿足載人空間站多艙多場景圖像傳輸的要求,實現語音和視頻圖像的雙向傳輸,讓航天員和地面人員實時交互,為中國聯通搭建可視化平臺。
在“天宮課堂”的教學中,天地實時通話的時延在1秒以內。
半年後的今天,三位航天員已經圓滿完成任務,即將踏上歸途。這壹次,三名宇航員將首次使用快速返回方案。
神舟十二號載人飛船返回時,載人飛船和空間站分離後會繞空間站飛行,有時會進行對接驗證,然後伺機轉入返回軌道。返回艙的軌道艙將被分離,返回艙將返回地面。這個過程需要多次姿態調整和減速動作,壹般需要壹天時間。
“快速返回方案”是壹種從未嘗試過的航天器返回技術。快速返回類似於快速對接。載人飛船離開空間站後,直接進入返回模式,向東風返回場出發。整個退貨過程只需要幾個小時。
由於快速計劃與以往有很大不同,對航天員身體機能的要求也相對更嚴格,三位航天員在接到返回待命的通知後,開始進行相應的鍛煉,以改善快速返回過程中的不適。
為了保證航天員安全順利返回地球,地面保障團隊也在做相關準備,著陸場搜救團隊也在進行各種演練。
然而,對於三名宇航員來說,返回過程也是最未知的挑戰。
還記得神十二回歸時的畫面嗎?
當時正在跟蹤返回艙的信號突然消失了,整個界面壹片漆黑。所有人都屏住呼吸,靜靜地等待。這就是“黑障”現象。
飛船的著陸速度非常快,速度可以達到每秒7.9公裏,以每秒7公裏的速度行進。在著陸過程中,返回艙與空氣摩擦產生巨大熱量,局部溫度可達2000攝氏度。
當返回艙穿越大氣層,到達距地面80-90公裏的高度時,由於高速、劇烈的摩擦,返回艙表面會產生等離子體,出現“黑障”現象。此時,返回艙暫時與地面失去聯系,所有的音頻、視頻和遙測信息都中斷了,剩下的只有等待。
這對飛船和航天員的心理是壹個嚴峻的考驗。最困難的時候大概是三到四分鐘,壹直持續到返回艙距離地球40公裏左右,“黑障”消失。
為了確保萬無壹失,飛船返回艙上安裝了兩套降落傘系統,主降落傘和備用降落傘。當降落傘系統無法打開時,備用降落傘系統也能承擔飛船返回的重任。
當返回艙重重著陸時,地面搜救人員會及時趕到,保證航天員的生命安全。宇航員雖然安全著陸,但還是要接受常人不願接受的痛苦。
太空和地球是完全不同的環境。宇航員長期處於失重狀態。宇航員返回地球後,突然面對地球引力,身體會很不舒服。
首先,宇航員不能控制自己的行動,四肢不協調。這種情況就好比我們在遊泳池呆久了,突然從水裏上岸,感覺很重,比平時費力多了。
長期在太空飛行的航天員,下肢骨骼肌萎縮,會影響所謂的“反重力肌肉”,包括小腿肌肉、股四頭肌和背部、頸部的肌肉。
宇航員進入太空後,他們的身體會變得非常脆弱。如果他們輕舉妄動,很可能會暈倒、嘔吐、肌肉拉傷,甚至危及生命。
這也是由於重力的影響。我們都知道太空中沒有重力。宇航員在失重狀態下像浮在水面上壹樣輕,但我們在地球上生活了幾十年,內臟已經適應了有重力的環境。
在失重狀態下,人體臟器之間的相互作用消失,人體前庭器官由於失重無法與周圍神經細胞接觸,因此無法向中樞神經系統傳遞位置信號。這會對呼吸、消化、循環、排泄、出汗等功能產生壹系列負面影響。
因此,為了保護宇航員的健康,他們返回地球後,通常會在飛船的艙內休息幾十分鐘,然後他們會被擡出,壹直坐在飛船上接受媒體采訪。
值得壹提的是,航天員壹生中椎間盤突出的發病率是普通人的4.3倍,頸椎間盤突出的發病率是平民人口的21.4倍,飛行後第壹年發生疝氣的可能性是正常人的35.9倍。
在這種情況下,航天員返回地面後,會有專人負責他們的適應性訓練,這也是全面保證航天員健康最重要的壹步。
神舟十三號返回後,空間站將有壹段時間無人居住。因此,在出發前,神舟十三號的航天員對空間站內部進行了徹底的清掃和清理。
此外,宇航員還將把空間站設置為無人飛行模式,隨著三名宇航員的順利著陸,接下來的任務將更加艱巨。
神舟十三號成功返回地球,空間站關鍵技術驗證完成後,我國將進入空間站全面建設階段。
接下來,年內將發射燭臺模塊和夢想模塊兩個實驗模塊,並與核心模塊對接,形成壹個完整的空間站,這是最重要的任務。
當神舟十三號返回艙還在天上飄的時候,神舟十四號飛船已經整裝待發。
地面上的神舟十四號也已經在酒泉衛星發射中心待命半年了,早在神舟十三號發射時就準備好了。
這就是“發射1輪,備份1輪”的新常態和新模式,都是為了保障空間站航天員的安全。
中國空間站在軌建設期間,中國今年將陸續向空間站發射神舟十四號和神舟十五號兩艘載人飛船。
與之前的神舟十二號和十三號壹樣,神舟十四號和十五號每次都搭載三名宇航員進入太空。
根據中國載人航天工程辦公室的消息,神舟十四號和神舟十五號的機組人員已經選定,六名宇航員正在進行訓練。
不過具體的宇航員還沒有公布,以便為接下來的壹系列任務做準備。
值得壹提的是,神舟十四號航天員將在空間站與神舟十五號航天員見面,這在國內也是首次。那時,空間站上將有六名宇航員。
現在飛行對我們來說不再是夢想,而是成為了現實。
我們現在唯壹能做的就是為神舟十三號的航天員祈禱,希望他們平安歸來。