神舟十三號載人飛行任務航天員集體亮相。圖源:中國載人航天工程辦公室


10月14日下午,神舟十三號載人飛行任務新聞發布會在酒泉衛星發射中心舉行。據中國載人航天工程辦公室消息,經總指揮部研究決定,瞄準北京時間10月16日0時23分發射神舟十三號載人飛船,飛行乘組由航天員翟志剛、王亞平和葉光富組成,翟志剛擔任指令長。航天員翟志剛是中國首位出艙航天員,航天員王亞平執行過神舟十號載人飛行任務,航天員葉光富是首次飛行。目前,執行此次發射任務的長征二號F遙十三火箭正在加注推進劑。


據了解,神舟十三號載人飛行任務是空間站關鍵技術驗證階段第六次飛行,也是該階段最后一次飛行任務,按照計劃部署,神舟十三號航天員乘組將在軌駐留六個月。神舟十三號飛行任務之后,將完成空間站任務標準載人飛船所有功能的全部在軌驗證,完全具備支持我國空間站后續建造及運營任務需求,也標志著工程由關鍵技術驗證階段正式轉入在軌建造階段,具有極為重要的意義。


近期,新京報記者連線北京大學地球與空間科學學院教授焦維新,就此次神舟十三號載人飛船的相關情況進行了專訪。


北京大學地球與空間科學學院教授焦維新。受訪者供圖


神舟十三號飛船將與空間站進行徑向交會對接


新京報:神舟十二號發射之前,神舟十三號就已經整裝待發了,并擔任救援任務。怎么看待此次神舟十三號擁有待命備份的任務?


焦維新:神舟十二號載人飛船完成了空間站階段首次載人飛行任務。聶海勝、劉伯明、湯洪波三位航天員在駐留太空3個月的時間里,開展了一系列空間科學實驗和技術試驗。


但此前,我們的經驗是不足的??臻g站的環境怎么樣?適不適合航天員居???返回時飛船是否完全滿足設計要求?這些都是我們要面對的問題,而保障航天員的人身安全,一直以來也是載人航天工程當中最為重要的一個原則。事實上,神舟十二號載人飛船的安全系數已經很高了,在保障航天員安全方面,可以說是萬無一失。如果在軌發生需要救援的情況,在長征2號F運載火箭配合下,地面隨時可啟動救援程序,短時間內即可將神舟十三號發射入軌,將航天員接回地面。


新京報:按照計劃,神舟十三號載人飛船飛到空間站時,也將采用徑向交會對接。這是一種什么技術,它又有什么特點?


焦維新:空間交會是一種軌道機動。在這個過程中,需要兩個航天器的軌道速度和位置矢量達到精確匹配。根據需要,交會以后再進行對接和???。我們航天器中氣閘艙的前后、上下、左右等有多個接口,所以空間交會一般有三種方式。第一種是V向對接,這就是我們平常說的前后的對接,這種對接方式用得最普遍。第二種是徑向對接,徑向交會是從下往上對接。第三種是Z向對接,這項對接實際就是側向對接,與左右的對接口對接。


徑向交會對接,它是追逐器沿著它的徑向矢量,在目標航天器的下方向上方運動,從下至上,追擊者發射徑向推進器接近目標。比如航天員在空間站的下邊,離空間站還有一定的距離,那就要靠發動機點火慢慢上升,但不光是直接往上升,還要水平移動。因為太空中的空間站也是水平移動的,不是固定的。實際上就是要以徑向的方式,垂直向上,從下面和組合體進行交會對接。這項技術的難度很大,到目前為止也沒有在太空中驗證過。這種方式主要是神舟飛船為今后航天員返回空間站而設置的,當航天員乘組輪換時,就會有兩艘飛船去對接空間站,而這種對接方式完善了進駐空間站的通道和手段。


把半年作為一個時間限度更為科學、合適


新京報:神舟十二號載人飛船9月份返回后,神舟十三號載人飛船又將在10月份發射,這么短的時間,為什么兩批航天員不能同時在軌進行交接?


焦維新:因為這批次的首要任務還是要了解我們的空間站,特別是環境控制與生命保障系統適不適合我們的需要。在空間站建造運營的過程中,很多任務都是驗證性的工作。比如我們自主研制的艙外航天服穿起來效果如何,機械臂是怎么運作的、運作情況正不正常。我們不能說一次升空后沒出現問題,就是設計得很完美,這些都是需要我們仔細驗證的。


神舟十二號上的航天員也是首次進入我們自己的空間站,經過3個月的實踐,也證明了空間站的設計是合理的,能確保航天員在軌三個月的生活和工作的需求。但就目前我們的空間站建設情況,以及事先預備的計劃來看,我們并沒有準備兩批航天員同時在軌進行交接的任務。所以第一次也是為了保險起見,三個人打前戰,返回后對乘組人員進行交流指導和各種注意事項進行詳細說明,為順利對接摸索道路、積累經驗。


以后的發展過程中,兩批航天員同時在軌進行交接或許會逐步實現。其最大的好處就是現場交接會更方便和透徹。


新京報:這次航天員在太空駐留的時間長達半年,時間越長對航天員們來說意味著什么? 


焦維新:在國際空間站上,已經基本形成了這樣一個慣例。每期上去的航天員待的時間都是在半年左右,如果超過了半年這個時限,可能會對航天員身體造成更大的影響。所以現在我們也是根據已有的經驗,把半年作為一個時間限度。如果說,航天員在空間站上待的時間太短,輪換較為頻繁,這樣也不利于科學實驗工作的開展。其次,也面臨著研發成本高的問題。半年的時間是比較科學,也是比較合適的。時間越長,對航天員們的身體素質會帶來更大的挑戰。


在軌鍛煉能幫助航天員減少肌肉萎縮和骨量丟失


新京報:我們看到太空中飛船上的航天員,除了完成太空作業外,每天還需要進行各種各樣的鍛煉,這是為了什么?


焦維新:空間站上航天員一定要堅持鍛煉。航天員進入太空后,身體會發生一系列適應性變化,最主要的變化有心血管系統的改變、肌肉萎縮和骨量丟失,隨著飛行時間的延遲,情況會越來越嚴重。據科學統計,短期飛行可導致肌肉質量丟失10%至20%。如不采取積極健身的對抗措施,在長期飛行中肌肉可能丟失50%。這個量相當大。在軌鍛煉就是幫助航天員減少肌肉萎縮和骨量丟失的不可或缺的方法??梢宰屔眢w在失重條件下保持骨骼健壯,同時防止肌肉松弛,因此太空中的航天員,每天都要進行科學的體育鍛煉。


新京報:航天員在太空艙鍛煉時,用的是什么健身器材和設備?


焦維新:航天員在軌鍛煉使用的典型器械及對抗失重的措施,有以下幾個方面,自行車功量計、隔振跑臺、拉力器、企鵝服、下體負壓筒和套帶等。自行車功量計用于失重環境下提高航天員的有氧運動能力,鍛煉其下肢肌肉。隔振跑臺類似于地面的跑步機。太空跑步機配有彈性束縛帶,將航天員壓在跑步機上,否則航天員跑不起來。


此外,航天員還可用拉力器鍛煉上肢和肩部肌肉。企鵝服內有彈性束帶系統,能向航天員全身施加縱向力,以對抗失重導致的肌肉萎縮,下體負壓筒能為航天員下肢提供負壓環境,促使航天員體內的血液向下肢流動,從而更好地對抗和適應失重環境,航天員還可以在大腿外戴上套帶,以部分阻滯下肢靜脈回流。


后續航天員隊伍可能將增加任務工程師


新京報:據了解,此次“太空出差”三人組中也將有一位女航天員,一般女航天員們在太空作業時,與男航天員有什么不一樣?


焦維新:空間生命科學是研究宇宙空間環境中的生命現象及其規律的學科,在空間站的科學實驗中,它也是一個非常重要的內容。比如我們所說的,航天員在太空微重力環境下,到底會對他們產生什么樣的影響。因為男性和女性的身體構造不一樣,從生命科學的研究對象來講,假如只有男航天員,那我們驗證空間生命科學就是不全面的。


從國內航天隊伍中的人員來看,女航天員的人數是比較少的。從神舟五號到神舟十二號,曾經有兩位女航天員出色地完成了任務。在太空作業當中,我們一般會認為,強度和難度比較大的,比如太空行走等,這些還是由男航天員來進行操作的多些,像太空行走一小時,航天員們往往要在模擬任務的水池里行走好幾個小時。而女航天員們的作業任務可能更精細一些。這主要還是跟工作性質和勞動強度有關。


新京報:我們自己的空間站建成后,隨著飛船去空間站的航天員隊伍會發生變化嗎?


焦維新:航天員人數和性別的配置不是說固定不變的,也是要根據實際情況來分配調整。比如,將來我們自己的空間站完全建造成功后,航天員的隊伍肯定是會發生變化的,除了從空軍里選拔高素質人才外,以后在中國載人航天工程中,任務工程師和專家也會多一些。這些任務工程師們,他們的主要任務一是維持空間站的正常運行,二是結合自身專業開展各式各樣的科學實驗。從科研的專業技術角度來講,這也是一個必須存在的過程。

 

新京報記者 張建林

編輯 樊一婧 校對 吳興發