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神舟十三号的发射为啥选在“跨越时空同一天”?南航专家详解“大国航天新刻度”

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交汇点讯 北京时间2021年10月16日0时23分,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射,神舟十三号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空。神舟十三号的出征,将大国航天刷出全新刻度。这一次的飞行和此前的神舟十二号相比,有哪些不同?新版的“太空出差三人组”又将在空间站里做些啥?记者特邀南京航空航天大学的专家进行了解析。


杨昊 摄

【发射】

发射时间也要“跨越时空同一天”?

航天专家:选定10月16日只是因为发射时间“刚刚好”

就在神舟十三号官宣发射时间后不久,有细心的网友发现,10月16日是一个标准的“好日子”,在18年前的同一天,2003年的10月16日,航天员杨利伟安全着陆,我国首次载人航天取得圆满成功。此外,10月16日还是我国第一颗原子弹爆炸成功的“时间刻度”。神舟十三号发射也要“跨越时空同一天”的说法不胫而走。

南京航空航天大学航天学院康国华教授笑道,航天人可没这么迷信,神舟十三号的发射选择了10月16日凌晨,真的只是日子“刚刚好”。 “具体的发射时间是根据实验任务和气象条件来决定的,真的要说‘有关系’,那最有关系的考虑因素是预定轨道高度。科研工作者判定发射的‘窗口’,要综合考虑当地的气象条件、飞行的测控条件、飞船的轨道参数、空间站的轨道参数等多种因素,由此计算出最佳的发射时间。”

如果你是航天爱好者,那么可以从神舟十二号的发射时间来佐证这一结论。根据官宣时间,神舟十二号是在北京时间2021年6月17日的9时22分发射的。神舟十二号在上午发射,神舟十三号的发射时间则是在凌晨0:23分,科研工作者们“选日子”,可没啥“撞个好日子”一说。

【交会对接】

“万里穿针”再次上演

这次是“径向对接”的首次验证

10月16日,不少读者一觉醒来刷新闻时,都会发现神舟十三号与天和核心舱成功完成径向对接的消息。距离发射时间过去了约6.5个小时,神舟十三号载人飞船采用自主快速交会对接模式,成功对接于天和核心舱径向端口,“径向对接”技术首次得到太空验证。

在一个月前的9月16日,神舟十二号在返回之前,曾为神舟十三号此次的径向对接打了个“前站”,进行过径向交会试验,成功验证了径向交会技术。专家告诉记者,所谓“径向交会”,就是指航天器从空间站组合体的下方垂直向上对接。在这之前,我国在太空进行的飞船交会对接都是水平方向的,包括前方向交会和后方交会。

南京航空航天大学航天学院闻新教授对快速交会对接技术充满信心,他在接受记者采访时表示,径向交会技术难度极大,我国此前还未在太空中进行过验证。在太空中的对接是“万里穿针”的难度。从神舟十二号开始,我国的载人飞船新增了自主快速交会对接、径向交会对接和180天在轨停靠能力。在太空中“相遇”后,两个航天器会在空间轨道上合并在结构上连成一个整体,这是载人航天活动的三大基本技术之一,是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件。此前,在神舟十二号之前,神舟飞船及航天员已经掌握了自动交会对接和手动交会对接技术。

为什么要采用径向对接的方式?

不仅节约燃料,还能为明年发射实验舱做准备

康国华教授介绍,神舟十三号之所以选择径向对接的方式与天和核心舱进行对接,是因为空间站接口有限,在前后对接上后,径向对接就成为一种选择,可以充分利用核心舱下的空间,还可以为明年已经“安排上了”的实验舱发射和搭建做准备。“虽然是‘万里穿针’,但一定会越‘穿’越熟练。这一次交会对接的时间缩短到6.5小时就是个明证。”

据悉,径向对接是一个从低轨道飞向高轨道的过程,在一定程度上也降低了天舟货运飞船在轨姿态调整的次数,进而节约燃料。此外,径向对接对于整个轨道的抬高和控制都是有好处的。

根据发射日程,大约在明年,我国将要发射太空实验舱。届时,“丁”字形的实验舱组合,将在搭建时也用上径向对接技术。“空间站核心舱的对接口也不会完全在同一个水平方向上,因此,径向对接是航天器必须要掌握的一项对接技术。”

【太空任务】

太空任务有六大不同

女性航天员将首次出舱

在10月14日下午举行的神舟十三号载人飞行任务新闻发布会上,中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强介绍,空间站在轨建设分为关键技术验证和建造两个阶段实施,神舟十三号任务是关键技术验证阶段的决胜之战、收官之战,也是空间站在轨建设过程中承前启后的关键之战。林西强说,通过神舟十三号任务,将更加全面地考核工程各系统执行空间站任务的功能性能,以及系统间的匹配性与协调性。神舟十三号任务结束后,将组织进行全系统综合评估,满足要求后转入空间站建造阶段。

据悉,与神舟十二号任务相比,神舟十三号任务主要有六大不同:

一是载人飞船将采用自主快速交会对接的方式,首次径向停靠空间站;

二是届时中国空间站将实现核心舱、2艘货运飞船、1艘载人飞船共4个飞行器组合体运行;三是航天员将首次在轨驻留6个月,这也是空间站运营期间航天员乘组常态化驻留周期;

四是中国女航天员将首次进驻中国空间站,航天员王亚平也将成为中国首位实施出舱活动的女航天员,而神舟十三号乘组也将包括中国首次出舱的男女航天员;

五是在神舟十二号任务的基础上,进一步开展更多的空间科学实验与技术试验,产出高水平科学成果;

六是实施任务的飞船、火箭均在发射场直接由应急待命的备份状态转为发射状态。

南京航空航天大学航天学院教授闻新表示,此次的六大任务中,女性航天员的出舱尤为亮眼。“此前在国际空间站里,虽然也有女性航天员的声音,从她们从未进行过出舱。这是因为女性接受辐射的阈值是要低于男性的,因此在太空作业时,身着航天服的男性会更加适合。但我国此次能够信心十足的安排女性航天员出舱,充分说明我国在舱外航天服的设计上有了更完善的设计,尤其是在抵挡辐射方面更加安全。这也是航天综合实力的一种展现。”

“快递小哥”们还和空间站连着呢

将来会进入销毁流程,还能顺带帮空间站“扔垃圾”

关心空间站的读者盘了一下发射日程不难发现,目前在太空中和空间站连着的航天器,已有“天舟二号”“天舟三号”和“神舟十三号”三个。空间站的对接口也是有限的,接下来要是再发射载人飞船或是“快递小哥”天舟系列货运飞船上天,会不会空间站的对接口不够用了呢?

专家介绍,“神舟”系列载人飞船和“天舟”系列货运飞船都各司其职,有着自己的业务只能。所有的“神舟”系列载人飞船,最终都将返回地球表面,而“天舟”的最终命运则是在分离后开启坠毁程序,降落在南太平洋的“航天器坟场”。

航天员在空间站里做实验、生活,也会产生一定的废弃物。这些废弃物基本都将转移到“天舟”货运飞船内,然后,“天舟”将于航天器进行分离,最终坠毁。“快递小哥”送完快递,还能“顺手”给空间站扔一下“垃圾”。


【关注航天员】

水下训练、洞穴训练……

进入太空前,航天员训练必须“上天入地”

因为女性航天员的加入,新版“太空出差三人组”备受瞩目。航天员王亚平曾在接受新华社采访时透露过航天员训练时的情景,如离心机训练、水下训练等。而首次上天的航天员叶光富,此前在欧洲接受洞穴训练的照片也头一次出现在公众视野里。

太空飞行,为什么要“上天入地”,接受各种训练?专家告诉记者,这些训练看上去“非人类”,实则考验着航天员的综合能力。如离心机训练,锻炼的就是航天员的“抗压能力”。这里的抗压和我们普通人不一样,专业名词叫“超荷载”。接受超荷载训练的目的,是为了适应火箭起飞时的“推背感”。点火起飞时,火箭对航天员造成的推力会远远超过1g(1g=9.8N/kg,是重力加速度的单位)。对于地球上的普通人来说,1g到2g是能够承受的荷载极限,类似的感觉接近于特别陡的过山车猛然下坡,但航天员能够承受的荷载至少要达到8g。我国首位进入太空的航天员杨利伟曾经这样比喻,8g超荷载的“压力”,相当于8倍的体重压在身上,训练的时候,甚至面部肌肉都会变形,眼泪唰唰向外流。

而水下训练考验的,则是航天员在失重环境下的工作能力。水下环境里,因为浮力和重力相抵消,科研工作者可以为航天员模拟出失重的状态。在失重的环境下吃饭、工作,甚至是穿脱航天服都是“难题”。

洞穴训练的作用,是黑暗而且较为恶劣的环境下航天员生存能力的提升,磨砺心理,对抗幽闭恐惧。“如果把你关在家里的客厅里6个月,你会怎样?航天员呆在空间站里6个月,生理和心理都要适应它。”专家说。

空间站里会不会皮肤干燥?

女性航天员的面霜引发“太空护肤”新话题

今年中秋,跟随“天舟三号”进入太空的空间站物资中,专门为女性航天员研发的化妆水、面霜等护肤产品成为网友们打趣的话题之一。在太空中也要“美美美”,果然护肤不分时间地点场合啊!

南航航天学院康国华教授表示,这一次女性航天员上天,科研人员特意准备的护肤品,有着人性关怀的意味。但太空中护肤,不会像在地球上一样“拧开化妆水瓶盖”,盛放化妆水、面霜的容器肯定要特殊加工。

不少人也因此有了疑问,在空间站里长期生活,会不会引发皮肤干燥?专家告诉记者,空间站有环境控制航天生命保障分系统,温度、湿度、噪音分贝等都会控制在适合航天员生活的范围。因此,男性航天员长期呆在空间站,基本不会出现皮肤干燥。“在空间站里,水分是蒸发不掉的,因此连悲伤电影都看不了,万一哭出来,眼泪都在面罩上糊着呢。”

新华日报·交汇点记者 杨频萍

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