“神舟”再赴蒼穹會“天宮”

從神舟一號到神舟十一號，中國載人航天工程已成功發(fā)射11艘神舟飛船、天宮一號目標(biāo)飛行器、天宮二號空間實驗室，累計有11名航天員圓夢太空。如今，中國朝著空間建站的夢想又邁進了一步。

11月18日13時59分，神舟十一號載人飛船在內(nèi)蒙古中部預(yù)定區(qū)域成功著陸，宇航員景海鵬、陳冬安全返航。這標(biāo)志著天宮二號和神舟十一號載人飛行任務(wù)圓滿成功。

33天前的早晨，一聲驚雷響徹戈壁，長征二號F型火箭運載著神舟十一號飛船，掙脫大地的束縛，直沖天際，踏上了“追吻”征途。在距離地面393公里的軌道上，9月15日發(fā)射的天宮二號正等候著與神舟十一號飛船“擁吻”。歷時40多個小時、穿越浩渺蒼穹，兩個比子彈速度快8倍的飛行器在外太空完美交會對接。

“天神合體”之后，兩名航天員在天宮二號空間實驗室工作生活了30天。這期間，他們開展了航天醫(yī)學(xué)實驗、空間科學(xué)實驗，包括在軌維修在內(nèi)的技術(shù)試驗，以及科普活動等數(shù)十項工作，為中國科學(xué)事業(yè)的發(fā)展積累了大量寶貴數(shù)據(jù)。

這是一次任務(wù)的結(jié)束，更是一段新征程的開始。中國深空探索已經(jīng)啟航，邁向更遙遠的新星際旅程才剛剛拉開帷幕。

飛得更高 實驗更多 時間更長

與之前的“神舟”前輩們相比，神舟十一號有哪些不同之處呢？

“神舟十一號的特點是飛得更高，實驗更多，時間更長?！鄙裰凼惶栵w船由航天科技集團五院抓總研制。飛船的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)，簡稱GNC分系統(tǒng)，承擔(dān)著飛船從起飛到返回的全部運動控制任務(wù)。神舟十一號飛船GNC分系統(tǒng)指揮羅谷清指出，神舟十一號是中國載人航天工程三步走中從第二步到第三步的一個過渡，需要為建造載人空間站做好準(zhǔn)備，因此具備了這三個與前輩們不同的特點。

飛得更高，是因為未來的載人空間站軌道位置比較高。過去，神舟十號與天宮一號對接時，軌道高度是343公里。而神舟十一號和天宮二號對接時的軌道高度是393公里，比過去高了50公里。這與未來空間站的軌道高度基本相同，飛行也更加接近未來空間站的要求。飛得更高對飛船的要求也更多，這意味著交會對接時飛船的控制與神舟十號不一樣，需要連續(xù)變軌。

實驗更多，是因為這次飛行要進一步考核神舟飛船作為人員物資天地往返運輸工具的性能。任務(wù)期間神舟十一號要進行4項在軌試驗項目：寬波束中繼在軌驗證試驗、變軌控制驗證試驗、帆板任意偏置角跟蹤太陽功能驗證試驗和微生物控制試驗。通過這些試驗進一步驗證飛船設(shè)計功能，獲取和積累載人環(huán)境相關(guān)的飛行試驗數(shù)據(jù)。

時間更長，是因為此次任務(wù)中，航天員需完成組合體30天中期駐留任務(wù)，比神舟十號的15天多了一倍。在這一個月中，要保障航天員的生活健康，也要保證航天員執(zhí)行飛行任務(wù)的能力，因此，飛船在駐留、應(yīng)急、返回方面的保障能力比過去增強很多。

想要成功對接并非易事

在黑暗的太空，神舟十一號要想要追上天宮二號，必須隨時掌握它的實時蹤跡，然后主動“邂逅”，逐步靠近直至完美對接。宇宙漫漫，“追吻”之旅也是磨難重重。

神舟十一號載人飛船發(fā)射成功。

難題一：茫茫宇宙，天宮二號身在何方

神舟十一號怎樣才能在茫茫宇宙中找到天宮二號？激光雷達和光學(xué)成像敏感器這兩個“情報線人”絕對不能少，有了它們，就像擁有了“火眼金睛”，再黑也不怕找不到目標(biāo)。

“作為神舟十一號飛船交會對接中穿針引線的‘眼睛，在天宮二號與神舟十一號交會對接接近段和靠攏段及繞飛過程中，激光雷達必須迅速準(zhǔn)確地完成對天宮二號目標(biāo)飛行器的搜索、捕獲、跟蹤測量，確保飛船空間交會自動和手控對接、組合體飛行、繞飛控制等任務(wù)的成功實現(xiàn)，支撐導(dǎo)航控制系統(tǒng)完成控制任務(wù)。”中國電子科技集團公司激光雷達項目副總師吳登喜介紹說。

天宮二號上搭載了中國電子科技集團公司研制的激光雷達合作目標(biāo)，神舟十一號則搭載了激光雷達主機和信息處理機，其探測的基本過程是由安裝在神舟十一號上的激光雷達系統(tǒng)發(fā)出激光束，激光束照射到天宮二號上后返回信號，激光雷達系統(tǒng)再根據(jù)接收到的返回信號計算分析?！疤鞂m二號攜帶的激光雷達合作目標(biāo)裝載了特殊的玻璃棱鏡，可以從多方位、大范圍內(nèi)反射激光雷達的光信號，配合激光雷達完成距離、角度等飛行參數(shù)的測量，確保飛船進行精準(zhǔn)對接?！眳堑窍舱f。

除雷達外，神舟十一號還有一個被譽為“靈敏的眼睛”的核心器件——光學(xué)成像敏感器，該設(shè)備能讓兩個高速運行的飛行器更加迅速、可靠地對接在一起。如何保持這雙“眼睛”持續(xù)炯炯有神，其關(guān)鍵組件導(dǎo)航定位激光信息源必不可少。

“即使太空中漆黑無界，導(dǎo)航定位激光信息源也能通過發(fā)出激光，在黑暗中找到目標(biāo)，傳遞信息;即便是面對太陽強光的直射，它也能發(fā)射出比陽光更明亮的雙波長激光，確保‘眼睛不被傷害，找到目標(biāo)。這極大地提高了交會對接的可靠性，并有助于延長對接窗口期?！敝袊娮涌萍技瘓F公司專家覃波介紹，在研制中，集團通過軟件建模仿真和多次試驗驗證，使最終產(chǎn)品的輸出穩(wěn)定性滿足了任務(wù)要求，導(dǎo)航定位激光信息源在功能、性能和可靠性等同等條件下，重量和功耗僅為國際主流產(chǎn)品的1/2。

難題二：軌道不同，相思相望怎相親

“如果把天宮二號和神舟十一號比作一對戀人，那么神舟十一號要想在太空擁抱他的‘新娘，就離不開通信測控系統(tǒng)這個‘紅娘?！敝袊娮涌萍技瘓F公司第五十四研究所測控系統(tǒng)總師陳建民說。

神舟十一號成功升空進入預(yù)定軌道以后，與他的“新娘”天宮二號并不在同一個軌道上，他們在相距上萬公里的茫茫太空看不見彼此，也就無從交會對接。陳建民介紹，神舟十一號和天宮二號在宇宙中高速飛行，要想完成交會，測控系統(tǒng)需要實時對飛船進行測控。測控包括測量與控制兩個方面，測量就是對兩個飛行器的位置、速度、飛行姿態(tài)等進行觀測分析，控制指的是對飛船的飛行姿態(tài)、軌跡、速度等進行調(diào)節(jié)。

“測得準(zhǔn)，才能控得準(zhǔn)。五十四所通信測控系統(tǒng)通過對天宮二號和神舟十一號進行精確定軌，讓它們實現(xiàn)‘相思并相見。統(tǒng)一測控系統(tǒng)遍布全國各測控站點以及海外站點，三顆中繼衛(wèi)星在太空中高懸，通過遙測、外測，對天宮二號和神舟十一號進行遠距離引導(dǎo)，精確控制它們進入距地393公里的對接軌道?！敝袊娮涌萍技瘓F公司第五十四所高級工程師高京龍說。

進入對接軌道后，通過測控系統(tǒng)發(fā)送遙控指令，神舟十一號高速追趕天宮二號，逐漸向天宮二號逼近?！皽y控系統(tǒng)要精準(zhǔn)測量、精確控制它們的飛行速度和姿態(tài)，才會避免高速飛行之下，對接不會變成相撞。”高京龍說，“這對‘戀人在太空完成‘擁吻動作，難度就相當(dāng)于在高速飛行中完成‘用線穿針眼，對測控能力包括測控的精度提出了極高的要求。時速28000公里的前提下，我們的測控精度稍有差池，神舟十一號就會錯過與‘新娘會面的機會。對接時精度不準(zhǔn)，就會導(dǎo)致可怕的后果?！?/p>

交會對接完成后，這對組合體要在太空完成30天的太空試驗。整個過程中，兩個飛行器的速度要保持相對靜止。

航天員景海鵬（右）、陳冬（左）在出征儀式上揮手。

難題三：良辰吉時，差一秒都不行

到達了“新娘”的精準(zhǔn)位置，做好了萬全的準(zhǔn)備，此時，還有一道難題等待著神舟十一號，那就是“擁吻”的良辰吉時不能有分毫的誤差。為給這對“新人”準(zhǔn)確計時，一套幾乎毫秒不差的時統(tǒng)設(shè)備誕生了，只要能準(zhǔn)時“對表”，兩者就一定能按時完成“浪漫之約”。

“天宮二號與神舟十一號的對接就像打仗一樣，指揮員總是要求大家‘對表，確定一個統(tǒng)一的時間，各個系統(tǒng)才可以同步行動，否則就會發(fā)生對接不上或兩個航天器相撞的后果?！?中國電子科技集團公司副總工程師柴霖說。

部署在發(fā)射中心、航天飛控中心、中繼衛(wèi)星控管中心、衛(wèi)星測控中心及各測控站和測量船上的時統(tǒng)設(shè)備就起到了“對表”的作用。柴霖介紹，該設(shè)備可為整個航天系統(tǒng)中各種用戶設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號，使分散在各地的用戶設(shè)備在統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)下同步工作，3000年誤差不超過1秒。該時統(tǒng)設(shè)備參與了天宮二號和神舟十一號的發(fā)射、入軌、對接、在軌運行和飛船返回等全任務(wù)過程。

此外，天宮二號要與神舟十一號對接，時間精度的要求非常高，必須精準(zhǔn)掌握發(fā)射的時間及狀態(tài)，這就需要T0控制臺的有效運作。T0控制臺提供神舟十一號發(fā)射的倒計時、反饋運載火箭的點火時刻和起飛時刻，并分發(fā)到通信、測量和控制系統(tǒng)。也就是說不僅要準(zhǔn)時發(fā)出點火指令，而且要反饋點火是否成功、是否成功起飛、何時起飛等信息。

為了避免單通道信息傳輸受阻，T0控制臺采用雙通道、雙處理的新模式，實現(xiàn)指令的分發(fā)與反饋毫秒不差、萬無一失?！爸噶畎l(fā)出后，點火是否成功，是否成功起飛，何時起飛，這些信息的反饋也是采用雙通道，以確保任務(wù)萬無一失，避免傳輸受阻或失敗。未建立雙通道，一旦出現(xiàn)故障，最好的情況是火箭發(fā)射失敗，但還矗立在發(fā)射塔;最可怕的是火箭發(fā)射出去了，但相應(yīng)數(shù)據(jù)并未傳回，直接影響啟動下一步設(shè)備以及對飛船的進一步控制?！辈窳卣f。

航天員的“天上生活”

神舟十一號上搭載的兩名航天員在軌飛行33天，這是中國迄今為止時間最長的一次航天飛行。那么，宇航員是如何度過“天上的”生活？

航天員吃什么

中國航天員中心科研訓(xùn)練航天食品營養(yǎng)研究室副主任曹平說，這次航天員的食品在種類上達到了100多種。在神舟十一號自主飛行段，航天員食欲不佳，所以會配備粥等清淡的食物。

正式入駐天宮二號后，航天員就有了豐富的一日三餐，吃飯時間與地面同步，品種包括主食、副食等六大類，醬牛肉、魚香肉絲等傳統(tǒng)菜肴都有，五天之內(nèi)都不會重樣?？紤]到中期飛行航天員的身體狀況變化，結(jié)合我國醫(yī)學(xué)食療食養(yǎng)的理念，也配置了相應(yīng)的食品，使航天員有更好的體魄完成工作。

航天員可以使用專用的食品加熱器吃到熱騰騰的飯菜，還可以享用甜點。航天員喝的是經(jīng)過特殊方式消毒、能長期保質(zhì)的水。

曹平說，食品設(shè)計師品嘗過這些菜肴，不僅符合航天員飲食習(xí)慣，同時也非常可口，能提供充足能量和營養(yǎng)素。

航天員健康如何保障

中國航天員科研訓(xùn)練中心航天員系統(tǒng)副總設(shè)計師黃偉芬介紹，航天員在太空中的健康保障包括醫(yī)監(jiān)醫(yī)保、失重生理效應(yīng)防護、營養(yǎng)保障、心理保障、載人環(huán)境監(jiān)測與評估等。

黃偉芬說，根據(jù)神舟十一號兩名航天員的不同年齡特點，采取了有針對性的醫(yī)監(jiān)醫(yī)保工作，強調(diào)預(yù)防為主。由于飛行時間較長，飛行前的疾病防治工作很重要，要減少在飛行中出現(xiàn)疾病的概率。在飛行中對航天員健康開展動態(tài)觀察風(fēng)險評估，對飛行中可能會出現(xiàn)的問題、怎么處置的預(yù)案都做了完善。

由于神舟十一號航天員飛行時間長，失重防護更加突顯。航天員配有套帶、企鵝服、自行車功量計和拉力器。企鵝服是一個失重對抗防護的設(shè)備。人在失重狀態(tài)下長期生活，由于沒有重力作用，人體的肌肉會萎縮。企鵝服里面有很多彈性袋，像地面上做運動的拉力器，航天員穿上后通過彈性力的作用，使肌肉得到緊張，避免肌肉萎縮。套帶用在航天員大腿部，它的作用是通過加壓，防止微重力對人體體液分布的影響，比如導(dǎo)致大腦血液過少。

據(jù)介紹，套帶是入軌后前3天連續(xù)使用。企鵝服優(yōu)化了穿著時間、加載負(fù)荷分配并明確企鵝服對肢體活動要求。自行車功量計優(yōu)化了鍛煉程序，加強了針對性設(shè)計。拉力器增加了下肢和腰背肌鍛煉。

航天員穿什么

“以前我們對航天員服裝及配飾考慮得比較單一。隨著任務(wù)的多樣化，航天員服裝的種類也更加豐富。”中國航天員科研訓(xùn)練中心副研究員楊立眾介紹。

11月18日，神舟十一號返回艙成功著陸。

航天服包括艙內(nèi)航天服和出艙穿的艙外航天服。航天員入軌以后正常開展工作，脫掉白色艙內(nèi)航天服換上艙內(nèi)工作服和鞋，進行正常的值班、科學(xué)實驗、操作、生活。運動服是在天宮實驗室和組合體內(nèi)進行鍛煉時穿的衣服。休閑服是在駐留期間與工作服輪流穿著。內(nèi)衣穿在最內(nèi)層，可以4天換一套，具有一定的保暖性、衛(wèi)生性和舒適性。

地面的航天員服裝包括夏裝和秋冬裝。設(shè)計師還設(shè)計了腰帶、圍巾、絲巾和領(lǐng)帶等。

航天員服裝上有各種標(biāo)志，如國旗、載人航天工程的標(biāo)志、飛行榮譽標(biāo)、執(zhí)行的任務(wù)標(biāo)、姓名牌等?？梢钥吹綆最w星表示他前期上過幾次太空。如果是沒有參與過飛行任務(wù)的航天員，那就是空的。

此外，航天員還配有睡袋，兜里有眼罩、耳罩，有遮光和防噪功能。睡袋上有8個鉤子，數(shù)個束縛帶，可以固定在艙內(nèi)，防止在失重環(huán)境中漂移。

中國航天向空間站時代挺進

“神五”突破載人飛天、“神六”實現(xiàn)兩人多天，“神七”突破出艙活動、“神八”實現(xiàn)無人對接、“神九”突破載人交會對接……每艘飛船型號的更新，都意味著中國載人航天事業(yè)實現(xiàn)巨大跨越。

在中國載人航天工程辦公室主任王兆耀看來，此次任務(wù)的圓滿成功對我國的航天事業(yè)來說意義非凡?！斑@標(biāo)志著我國空間實驗飛行任務(wù)取得具有決定性意義的重要成果，為我國空間站建造運營和航天員長期駐留奠定了堅實的基礎(chǔ)?！?/p>

具體而言，此次任務(wù)驗證了航天員中期駐留的生命保障技術(shù)、人機協(xié)同在軌維修技術(shù)，考核了空間站運行軌道的交會對接、組合體運行、載人飛船返回等相關(guān)技術(shù)，還積累了長期飛行任務(wù)管理和組織實施較大規(guī)?？臻g應(yīng)用試驗的相關(guān)經(jīng)驗。

“太空探索永無止境，航天攻關(guān)任重道遠”。王兆耀透露，2017年，我國將發(fā)射首艘貨運飛船——天舟一號，與天宮二號進行推進劑補加試驗，進一步驗證掌握空間站建造運營相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，全面完成空間實驗室階段任務(wù)。

空間站是中國載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略的最高目標(biāo)。從無人飛行到載人飛行，從一人一天到多人多天，從艙內(nèi)實驗到太空行走，從短期停留到中期駐留……中國人正一步一個腳印地走近屬于自己的太空家園——空間站。“隨著中國空間站建設(shè)的穩(wěn)步推進，到2022年前后，中國載人航天‘三步走發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)將全部實現(xiàn)?！蓖跽滓f。（本刊綜合）