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神舟十二返航,“太空出差三人组”回家了

“出差三人组”具体完成了哪些工作任务?生活和居住条件如何?空间站“摆渡车”神舟十二号怎样返回地球?
2021-09-17 14:04 微信公众号:经纬创投 经纬创投主页君

今天13点34分,神舟十二号返回舱平安降落在东风着陆场预定区域,在太空居住了三个月的神舟十二号“太空出差三人组”如期返航。随后,三位航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波将出舱。

神舟十二号的发射,是中国空间站建设的重要一环,也进一步验证了我国载人飞船综合实力提升到了新的高度。在一代代航天人的探索下,未来人类开辟太空家园似乎不再遥不可及。

神舟飞船时隔五年再赴太空,也给航天员们布置了更多的任务。航天员们不仅要化身空间站的建设工人,管理和维护“天和”核心舱;还要作为空间科学的实验员,在舱内外展开各类试验;还作为“神仙摄影师”,拍摄下直观视角下的宇宙美图。休息时间,还在太空练练口琴、打一局“宇宙级别难度”的乒乓……

在长达90天的太空之旅中,“出差三人组”具体完成了哪些工作任务?生活和居住条件如何?空间站“摆渡车”神舟十二号怎样返回地球?以下,Enjoy:

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长达三个月的太空出差,

航天员们做了哪些工作?

▌核心舱组合体的日常管理

首先,航天员们进入“天和号”后要对核心舱组合体进行日常管理,包括天和核心舱在轨测试、再生生保系统验证、机械臂测试与操作训练,以及物资与废弃物管理等。

以下,是航天员在太空第一天的视频记录:

▌两次出舱及舱外作业

出舱活动即我们俗称的“太空行走”,也是本次“太空出差”的重要内容。指的是航天员离开载人航天器乘员舱,只身进入太空的活动。

由于目前尚未能够用机器人完全替代航天员进行这些舱外作业,只能派航天员上阵与机器相配合,一般会开展卫星捕获和维修、更换电池、舱外维修、外部航天器组件的组装及连接、特殊实验或测试等工作。

高强度的太空辐射、低温环节、电击风险等因素,使太空出舱行走一直是考验航天技术的重要难关。

2008年,神舟七号航天员翟志刚顺利出舱完成太空行走,中国因此成为世界上第三个独立掌握空间出舱关键技术的国家。时隔13年,神舟飞船乘组再度开启出舱任务,直接“放大招”安排了两次出舱活动,需要完成舱外服在轨转移、组装、测试,开展舱外工具箱的组装、全景摄像机抬升和扩展泵组的安装等任务。

7月4日,航天员刘伯明和汤洪波身着中国自研的新一代“飞天”舱外航天服,开启舱门完成首次成功出舱。出舱后,刘伯明第一时间感叹道:“哇,这外边太漂亮了!老亮了!”

在随后的作业中,他们一人要为机械臂安装上臂支架,包括脚限位器、工具台等,另一人则借助舱壁上安装的扶手,爬行一段距离到作业点进行辅助工作,其间还要进行一次应急返回验证。聂海胜在舱内配合,比地面人员更直观地观察机械臂位置,与两人进行直接交流。

8月20日,第二次出舱则由航天员聂海胜和刘伯明进行,汤洪波在舱内合作配合。

航天员们先要安装热控扩展泵组。热控系统是保障空间站设备正常运行,以及航天员太空生活冷暖舒适的重要系统。作为热控系统的核心之一,流体回路就像是为航天器量身打造的“中央空调”,保持温度的均匀和稳定。

为了更好地观测庞大的空间站舱位情况,航天员还需要给全景摄像机安装支架,拓展相机D视角。

刘伯明镜头下的聂海胜

经过约6小时协作,航天员们顺利完成了舱外扩展泵组安装、全景相机D抬升等任务,这也进一步检验了我国新一代舱外航天服的功能和性能。

谈及两次出舱活动,刘伯明坦言,“最难以忘怀的还是开舱门出舱的那一刻。俯瞰美丽的地球家园,横望远处的天地线,月亮仿佛就在我左手边高高悬挂,右侧太阳直射过来,真是惊叹宇宙的浩瀚神奇。两次出舱感言也是我内心深处最真实的声音,宇宙浩瀚路迢迢,亿万儿女架天桥。

▌第一视角导游太空

对于绝大多数暂时还无法去太空观测地球的人们而言,神舟十二号上创新设计的航天器舷窗,搭配上航天员们的神仙摄影技术,终于让我们得以感受到太空“天景房”外的无敌景色。

在400公里高的太空遥望地球,是怎样的迷人景象?从北京到胶东半岛,核心舱组合体过境要用时多久?航天员汤洪波变身vlogger,带你体验沉浸式的奇幻太空之旅:

汤洪波镜头下北非大陆上万家灯火的盛景,宇宙中的繁星与地球上的灯光交相辉映,共同演奏出了一首和谐的生活乐章。

为什么以往航天员拍的舷窗照片很难做到这般高清透亮?

原来,为解决被高能粒子刮花的问题,中国科学家已经发明了防污染涂层,并涂在航天器舷窗表面上,保证其始终明亮。

刘伯明镜头下世界第二大的咸水湖——乌鲁米耶湖,在7月的高温下,水分加速蒸发,水中的盐生杜氏藻产生胡萝卜素使整个乌鲁米耶湖呈现出迷人的锈红色,但这也是其在干涸威胁下的呼救

不仅如此,舷窗玻璃材料还需要耐得住“冰火九重天”。因此,这其中的突破之处在于找到玻璃材料最佳平衡点,而科学家们发明出高精尖的有机玻璃,解决了这一难题。

刘伯明镜头下苍茫浩渺的新疆大地,冰川、山脉、戈壁沙漠、赛里木湖,美得让人无暇他顾

当核心舱组合体划过北京上空时,聂海胜拍下了这张北京夜景。照片右侧那颗金光熠熠的“星星”就是北京大兴国际机场。

在这些“神摄手”航天员传送的照片中,我们见证了这个星球的每一寸山河都有着每一寸的独有魅力。

▌空间科技实验与科普

在太空的三个月内,航天员们的行程也是被安排得满满当当,需要开展各类与空间科学相关的科学实验和技术试验。

据汤洪波介绍,他们在太空主要开展失重物理、航天医学、人因工程三大类实验。研究失重环境下特殊物的物理现象,以及太空飞行,对航天员身体、心理、操作行为、运动特点的影响。这些实验,是为了更好地保障人类适应太空环境,为未来开辟第二家园做准备。

9月3日,航天员们在天宫空间站还和中国香港的青少年们展开了一场别开生面的“天地对话”。航天员们做了一回“太空导游”,隔空带香港的青少年们参观天和核心舱,解答他们所好奇的问题。

▌为返回地球做准备

在返回地球前一个月左右的时间里,“太空出差三人组”就要开始准备各种收尾活动了。

在等待返航的时间里,航天员们得抓紧一切时间锻炼,为返回地球作身体适应性调整。毕竟,在失重的太空环境中“飘”了三个月,回到地球还有诸多不适应之处。

一方面有地面工作人员根据航天员肌肉、骨骼、心血管等方面情况做出的“锻炼规划”,另一方面有太空“健身房”的各类运动器械供航天员们使用,相信出舱后航天员们能够较快适应地球重力环境。

另外,一直到返航时间前,航天员们还要继续进行科学实验,争分夺秒地完善每一个步骤。

“太空出差三人组”还需要将舱外服经过干燥储存好。这些重达100多公斤的舱外航天服,设计相当复杂,甚至相当于一艘小型的载人飞船,可以供反复使用15次左右,价值超3000万元。因此,这些舱外航天服不需随返回舱带回地球,后期神舟十三号的航天员可以继续使用它们。

当确定了返航时间后,航天员们首先要做搬运工,不仅要搬行李,也要搬数据,将空间站的实验成果带回地面。离开“太空之家”前,他们还要把自己的寝室收拾好,物品挪回原位,将生活垃圾处理装袋后交给“天舟二号”货运飞船。

最后,他们需要关闭空间站内的各个舱门,从天和核心舱返回神舟十二号飞船。进入飞船后,航天员们将系好安全带,确认航天服的气密性以及设备完好度,等待返航时刻。

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“出差三人组”的太空生活怎么过?

在失重环境下,原本再简单不过的吃饭、洗漱、睡眠等生活都在太空中变得尤为困难。但此次在空间站中,航天员们各方面的生活品质都得到了有效升级。

▌连结天地的实时通讯

空间站与地球距离太远难以联系?不存在的。

神舟十二号给每位航天员都配备了一部手机和平板电脑,让其能正常地在天体之间接打电话、网络视频,数据传输速度与地面几乎无差别。除了和地面工作人员沟通工作,闲暇时间也可以和家人互动。这是中国载人空间站的首创成果。

连接WIFI后,航天员可以根据在地面的习惯在太空开展居家般地生活。通过这些智能设备,航天员还可以控制空间站内的灯光,或通过扫描二维码,获取包裹内物品或实验设备的信息。即使在出舱活动中,航天员也可以享受到WIFI的便利,只不过出舱后连接的是空间站的局域网。

除了有线通话器,还有蓝牙骨传导耳机,可以自由连接手机和平板电脑,可以保障航天员在通话时轻便地进行交流,甚至偶尔还能听听播放器内的音乐。

▌具有私密性的高品质睡眠区

空间站为航天员们设立了私密睡眠区,这个区域不仅是航天员们睡觉休息,也是他们洗漱、娱乐、和家人联络的一方小天地。

在一天工作开始前,航天员们会在各自睡眠区进行简单的个人卫生整理。洗脸、刷牙、刮胡子等环节,都在失重环境下都需要谨慎完成,因为悬浮的水珠极易被吸入肺中造成窒息。因此,洗脸之类的只能用免洗湿纸巾来处理,刷牙则是把小袋子里的牙膏直接进入口中,进行清洁后,最后咽进肚子里。

过去,航天员们是用睡袋挂在舱壁上睡觉的,需要用一根带子将自己与睡袋固定在一个位置,以免睡着后身体在舱内飘来飘去。但在天和核心舱内,航天员们则首次享受到了与地球类似的卧姿睡眠环境。

每个独立的睡眠区还有降低环境噪音的效果,尽可能将噪音控制在50分贝以下,让航天员们能够睡个好觉。

▌多达120多种的菜品

在载人航天的探索过程中,航天员们的菜品也日趋丰富。在此次长达三个月的飞行期间内,为航天员配备的菜品就多达120多样,重复率低且营养丰富均衡。在食材的选择上,主要选的是一些固态、小块、无骨的食物,以免留下过多难以处理的太空垃圾。

同时,这些菜品也根据航天员口味最大程度做了个性化设计。太空香粽、清炒三脆、红糖糍粑、竹笋肉丝炒面、黑椒牛柳、椒麻鹅、胡萝卜鸡肉、香辣羊排、鱼香肉丝、宫保鸡丁......光听菜名是不是就产生了去空间站打卡一番的冲动呢?这些咸辣酸甜的口味能够帮航天员开胃助食。渴了的话,还有各种茶、果汁、汤等作为配餐。

空间站不仅配备了微波加热装置,还配有冷藏箱,专门用来储藏新鲜水果和蔬菜。这些统一由“天舟二号”货运飞船提前运送到空间站。航天员在吃完水果后,将果核放进食物残渣收集袋内。

所有的废弃物都将被储存在“天舟二号”货运飞船内,待任务完成后,货运飞船将带着所有废弃物离轨返回,最后在大气层内焚烧销毁。

曾有一名新疆的小朋友好奇地发问“航天员们在太空能吃火锅吗?”,于是“吃播担当”的航天员汤洪波在空间站内现场秀优越——虽然目前还吃不了火锅,但是能吃到红焖羊肉和冰淇淋,还能容易地吃水果,说着就“凡尔赛”地咬了口空中飘来的苹果。

▌看奥运打乒乓

奥运会期间,“太空出差三人组”还是奥运会的忠实观众,通过实时的数据传输,航天员们可以在太空中观看奥运比赛,为奥运健儿加油。

尽管在太空需要完成的任务繁重,但航天员们周末的休闲活动丰富程度超乎你的想象,除了跑步、听音乐,还能打“宇宙级难度”的乒乓、吹口琴、练长笛。

聂海胜展示太空打乒乓

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空间站“摆渡车”神舟十二号如何返航?

据全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍,神舟十二号返航大致可以分为四个阶段。

第一阶段,飞船制动减速。神舟十二号与天和核心舱之间进行解锁,使两个航天器脱开,然后启动推进系统,产生分离速度。两次调整姿态后,飞船脱离原来的飞行轨道,进入下降飞行的轨道。

第二阶段,自由滑行。返回舱与推进舱组合体离开原轨道后,以无动力飞行状态自由下降。直到距离地面140千米时,推进舱和返回舱分离,推进舱进入大气层烧毁,而返回舱建立正确的再入姿态角继续下降。角度需要精确控制在1度左右,过大或过小,都可能导致返航失败。

演示图

神舟十二返航直播截图

第三阶段,再入大气层。在地球上空100千米左右高度的大气层间,大气浓稠,和高度飞行的返回舱产生巨大摩擦,周围气体发生电离,返回舱与地面的通信联络会被中断,这片区域也因此被称为“黑障区”。在穿越“黑障区”的约12分钟时间,是最考验航天员心理素质的阶段。期间飞船与地面失联,需要航天员自己在舱内进行操作。

演示图

神舟十二返航直播截图

第四阶段,回收着陆。回收着陆系统在返回舱距离地面约10千米时开始工作。打开伞舱盖后,系统依次拉开引导伞、减速伞、牵顶伞和主降落伞。在距地面1米左右时,4台反推发动机点火,使返回舱以大约3米/秒的速度软着陆。此次,返回舱底部还新增了一个气垫层,可以帮助减缓冲击。

神舟十二返航直播截图

神舟十二返航直播截图

神舟十二返航直播截图

载人飞船的返航是一个多系统协同、共同接力的过程。安全着陆后,搜索救援系统在标位系统的指示下找到返回舱。航天五院510所新研制了国际救援示位标,它集定位信息获取、数据处理、编码调制发射于一体,具有高定位准确性。

从神舟一号到神舟十一号,着落点选择的都是四子王旗着陆场,而东风着陆场一直作为四子王旗的备用着陆场。为什么这次任务会选择东风着陆场?

这是我国首次在正式的载人航天任务中启用东风着陆场。首先,东风着陆场的地理位置也十分适合返回舱降落,地广人稀且地形多样。另外,东风着陆场也拥有着一整套先进的观测设备,和经验丰富的地面搜救部队。

考虑到未来我国载人航天任务会进入更加常态化的阶段,这次也是对东风着陆场的一次考验,重点考察地面对返回舱的监测和搜索回收能力。执行任务的团队,已经为此不断试验和准备了20余年,本次将首次开启着陆场系统的常态化应急待命搜救模式,搜救队表示要坚决做到“舱落人到”。未来将会有更多的航天英雄在此处着陆。

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神舟十三号已就位,

建设空间站的接力棒如何传递?

神舟十二号的成功发射,标志着我国完全有技术和能力单独建造空间站,同时也代表我国载人航天技术已经进入世界前列。那么,接下来中国空间站的建设将如何接力?

▌我国载人航天的五个“首次”

时隔五年,我国再次发射载人航天任务,神舟十二号的成功发射与着陆,创下了五个“首次”纪录,标志着我国载人飞船的综合实力提升到了新的高度。

这是我国载人飞船首次实施自主快速交会对接。神舟十二号采用了计算能力更快的国产芯片。据神舟十二号系统设计师高旭介绍,神舟十二号就像是有着全自动驾驶功能的“超跑”,自主计算,自主判断到达目的地,因此发射后6.5小时就能与空间站对接。

这是我国载人飞船首次实施绕飞核心舱并进行径向交会。神舟十二号与空间站的前向、后向、径向对接口都具备对接和分离的能力。

这是我国载人飞船首次实现长期在轨停靠。飞船每隔一个半小时就要进一次阳照区,进一次阴影区,在轨三个月中,每天都要经过15次高低温切换,对其供电、供热的保障技术提出了更高要求。这是神舟团队首次“将技能全部点满”,对返回舱、推进发动机和贮箱等热控方案,船站并网供电方案都进行了专项设计。

这是我国载人飞船首次从不同轨道返回东风着陆场。过去为了让神舟飞船返回,天宫一号、二号会主动升降轨,去贴近飞船返回轨道的高度,但神舟十二号不再需要空间站做这么多工作,它在任何轨道高度都能返回地球。

这还是我国载人飞船首次具备天地结合多重保证的应急救援能力。除了地面和空中搜救,神舟十三号也已作为应急救援船处在待命状态。一旦发生紧急情况,其可以短期内发射,实施太空救援,将航天员安全接回地面。

▌神舟十三号蓄势待发

此时,神舟十三号也早已在酒泉发射中心蓄势待发,预计将于下月初完成发射。神舟十三号的航天员也将进入空间站,接替首批航天员的任务,继续建设空间站。科研任务也将时间更长、方向更深,为进一步探索宇宙做准备。

我国接下来在航天领域将不断有大动作,比如“天舟三号”货运飞船近期也将携带食物和研究器材进行发射,以保障空间站研究的顺利进行。未来,我国空间站还有可能种一些可提供氧气的植物,不完全依靠氧气装置来供氧,而是依靠植物来制氧。

正如神十二发射时,神十三已经准备就绪,10月份的神十三发射时,神十四也会随时待命。以后的发射任务,都会采用“发射一发,备份一发”的模式,展现出我国航天科技的强大保障水平。

▌外国宇航员加紧学习中国话

从神舟一号到神舟十二号,我国载人航天飞船在一代又一代航天人的刻苦钻研下持续迭代。尤其到了神舟十二号,其已集齐了全任务、全模式、天地往返所需要的全部“技能点”,具备了冷静解决任何突发问题,完成各项发射任务的能力。这些成果,不仅让国人为之振奋,更引发了世界航天领域对中国的强烈关注。

不同于只通行俄语和英语的国际航天站,中国空间站由国内自主研发,因此操作系统全部设为了中文。尽管航天员们的英文水平都非常出色,但在执行任务当中,母语会更符合航天员们的阅读习惯,能够快速做出反应,减少了误触误碰的可能性。

中国载人航天工程新闻发言人林西强曾表示:“目前中国空间站研制建设工作正在有序开展,计划于2022年前后建成并投入使用。中国空间站不仅属于中国,也属于全世界。建成中国空间站将为人类经济社会发展做出更多‘中国贡献’、提供更优‘中国方案’。未来空间站任务中,中国载人航天将以更加开放的姿态,在设备研制、空间应用、航天员培养、联合飞行和航天医学等多个方面,积极开展国际间的交流与合作,与世界各国特别是发展中国家,分享中国载人航天发展成果。”

也许在不久之后,就会有国外宇航员进入中国空间站,但一切的前提,还需要他们能够阅读和书写中文,否则他们在空间站就难以进行各类操作。中文因此将成为一门新兴的“太空语言”。

据报道,许多国家的宇航员已经开始加班加点地学习中国话,为未来和中国空间站合作打基础。例如,欧洲太空总署的官员就表示,已经有一些宇航员为搭乘中国空间站而在苦练中文。意大利的一名女宇航员在大学期间就开始学习中文了。若一切顺利,她有极大可能会成为首位登上我国空间站的国外宇航员。

如果将138亿年的宇宙史缩短成一个月,人类文明不过是一秒钟,但人类却为世界带来了不可思议的生息变化。

面对浩渺的外太空,一代代的科学家、航天人们攻坚克难地探索着,从火箭飞船,到载人飞船,再到建设空间站......以奇迹般的速度达成了一个又一个具有里程碑意义的目标。

航天人的梦想,是属于宇宙的独家浪漫。几千年来,嫦娥奔月、敦煌飞天的传说,终于慢慢在被实践成现实。也许在未来某天,我们也能够亲自去中国自建的空间站一览太空之美妙。星辰大海,尽在眼前。

References:

1)《我国三位航天员即将重返地球——奇妙太空之旅,细数科学奥秘》,新华日报

2)《“东风接我们三个老帅哥!” “太空出差三人组”回家前还要干点啥?》,央视新闻

3)《神舟十二号即将返航!欧洲宇航员为上中国空间站,正努力学习中文》,BY 钟铭聊科学,百家号

4)《神舟十二号即将归来,三位航天员降落在东风着陆场,过程是什么样》,BY 万象科学,百家号

5)《筑梦“天宫”|优化升级!神舟十二号飞船Get五个新技能 》,澎湃新闻

6)《8时11分,神舟十二号航天员首次出舱!地球画面曝光,太漂亮了》,新华每日电讯

7)《科普:航天员为何要进行出舱活动?出舱后通常要完成哪些任务?》,深圳特区报

8)《“神舟十二号”航天员即将返回!东风着陆场将首次启用迎大考》,北京日报客户端

9)《中国空间站向世界开放!首批国际合作项目公布》,观察者网

10)中国载人航天官方微信(ID:zairenhangtian)

11)新华社、央视新闻综合消息

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