神舟十三號有何重任?如何管好用好太空資産?航太專家詳解
 
時間:2021年9月24日
嘉賓:國際宇航聯空間運輸委員會副主席、中國航太科工集團二院研究員 楊宇光

中國網:近日,天舟三號貨運飛船成功發射並實現自主快速交會對接,這意味著我國載人空間任務即將進入神舟十三號階段。神舟十三號載人飛船計劃搭載三名航太員在中國空間站駐留6個月,將進一步驗證空間站建設運作的關鍵技術。按照空間站建造任務規劃,我國將於2022年完成空間站在軌建造。航太強國的標誌是什麼?如何管好用好保護好太空資産?本期節目,特邀國際宇航聯空間運輸委員會副主席、中國航太科工集團二院研究員楊宇光與廣大網友線上交流。

國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光解析神舟十三號任務。   中國網 楊楠  攝影


中國網:9月20日,“太空快遞”天舟三號貨運飛船成功發射並實現自主快速交會對接。相比天舟二號,天舟三號在運載性能上做了哪些優化?

楊宇光:其實現在是兩艘天舟飛船一起和空間站對接,這種情況將來會比較少見,因為我們現在是處在一個關鍵技術驗證階段。其實天舟二號還有一個非常重要的任務,它已經從後方對接,就是從神舟十二號給它騰出來前方對介面對過去了。不可能等將來正式的實驗艙上天以後才這麼幹,一定要現在先去妥妥地驗證一下,將來才能做正式建造的任務,所以這是一個穩妥的考慮,所以天舟二號還承擔這樣一個任務。

天舟三號的核心還是為神舟十三號乘組服務。神舟十三號在軌半年的吃的喝的,包括過年用的東西都在裏面,這是它最重要的。我們也確實進行了很多的優化,包括剛才我們提到的這次窄窗口發射依然是快速交會對接,七個小時從發射到對接就這麼短的時間我們就對上去了。

這次和以前還有一點不一樣的,就是我們國家的推進劑補加的系統。我們的貨運飛船使用的推進劑,和空間站除了電推進系統以外常規使用的推進劑是一個品種,這個可以共用。之前的天舟二號給它帶去了三噸多的推進劑,就包括它自己的推進劑。實際上從目前評估來看足夠用,所以這次沒有給它帶太多的推進劑。天舟三號把原來的八個儲箱減成了四個,這樣它可以留出更多的空間來給內部的加壓的貨艙。而這次貨包的數量要比上次多了25%,因為你要駐留半年的時間,生活上各方面需要的物資就更多了。這次看攝像頭裏面(貨艙)裝得滿滿騰騰的,這次確實包括貨物的分類,擺放,包括各方面的考慮都更加以人為本,考慮航太員“拆快遞”能夠拆得更舒服。我們現在已經有二維碼之類的手段輔助進行分類管理這些貨包,但未來還有很多的優化空間來保證這方面的工作。

這次我們帶了5.6噸的貨物,除了航太員喝的水,包括出艙活動用的氧氣罐還有其他的一些,又另外帶了一套“二代飛天”的艙外服,這樣一旦天上另外兩套艙外服有問題,這個還可以作為備份,所以進一步確保了我們艙外活動的能力。

除了這些之外,空間站要維持正常運作,要維持航太員生命保障,這些系統中很多東西的部件是消耗性的,這些耗材我們也要帶去很多,還有很多是留有備份的。再有一些就是科研實驗的設備,這個可能要等正式的公佈才能知道具體是哪些科研實驗的設備。但可以想像半年的時間,他們確實會非常忙,有很多有價值的科學實驗要做。

中國網:方方面面都要考慮到,才能有助於他們更加高效的開展科研工作。

楊宇光:是這樣的。

中國網:神舟十三號載人飛船發射任務已經排上了日程,計劃駐留時間六個月,駐留時間的延長會給航太員、航太器等帶來哪些挑戰?長期駐留需要解決哪些問題?

楊宇光:神舟飛船在軌長期儲存是有輻射等等影響的,所以這次六個月就和未來的正常的乘組輪換的時間一樣長了,那就可以進行一比一的技術驗證了,這是一個很重要的方面。

還有進一步驗證我們長期在軌生活技術和再生式的環控生保技術。我們之前就是通過三個月的駐留,我們注意到太空自行車、太空跑臺和鍛鍊的拉力器各種各樣的鍛鍊設施,包括我們的營養(供給),對航太員都是進行各方面的保護,保護他在因為微重力的條件下不再受重力的刺激導致的肌肉萎縮,骨量減少和神經系統、心血管系統的弱化。應當説,這些措施從他們三位航太員精神抖擻的返回來看是有效的。但那是三個月,下次是六個月,長了一倍,是不是有效?一定要通過實踐來檢驗。所以,這是他們非常重要的一方面工作。

還有一件非常重要的事情,我們知道神舟十二號的乘組在返回之前,在離開空間站之前他進行了一個模擬的從下方接近空間站的操作,這是非常重要的。因為過去我們雖然已經熟練掌握了交會對接的技術,但是都是從前向或者後向去交會對接。從軌道動力學的角度來説,如果兩者處在同一軌道上,從前向和後向接近這個位置關係是穩定的,也就是説你經過多長時間以後這個位置關係是不會變化的,所以這樣的話給你帶來很多的便利。但是如果你從下方對接的話那就不一樣了,它對時間是敏感的,也就是説你停留在這個位置,如果你不繼續往前走的話,你這個位置很快你就保持不住了,這是由軌道動力學的特點決定的。所以,下方對接整體而言,就是對接到下方的對介面,它的難度要大於前向或者後向對接的。我們神舟十二號已經做了一個初步的技術驗證,但最後還是要靠神舟十三號去實施,那麼就是它從下方對接到下方對介面上。無論如何我們必須掌握這樣的技術,將來你乘組輪換期間,可能後方的介面是被貨運飛船佔著的,另外一艘飛船如果對接在前向對介面,另外一艘必須對接在下方對介面。

包括環控生保系統,問天號艙會承擔核心艙的很多功能的備份功能,包括居住功能,包括環控生保的這些功能,這樣的話就等於是未來乘組輪換期間,短期會有六名乘組在天上,這方面徑向對接技術就是其中很重要的一環,我們必須驗證這一環。所以,神舟十三號乘組的任務更重。

還有一點我們注意到,幾位航太員在天上已經做了很多的科學實驗,包括互相看眼底,拿眼底鏡看眼底,包括互相抽血,採集血樣,包括用B超探頭來檢查身體,還有用其他的一些設備來檢查身體,這都是航太醫學和航太生物學做的內容。我們在關鍵技術驗證階段規劃了大約四十多項的科學實驗,神舟十二號乘組已經做了十幾項,未來神舟十三號乘組有更多的時間來做這些科學實驗,應當説在科學研究方面的效益會更大。

國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光就神舟十三號的任務情況進行解讀。  中國網楊楠  攝影


中國網:在軌時間的延長,對人類發展航太技術、開展空間實驗有什麼意義?

楊宇光:我們對標一下整個航太的歷史,確實在空間站進行科研活動它的效率是最高的。從科研的效益來説,就是説你這個航太員在天上待的時間越長,你的效益越高。所以,我們為什麼制定了六個月的乘組輪換,(時間)再長一方面身體有點吃不消,另一方面心裏想家等方面的因素也不太有利的,所以從人性化的角度來説,六個月是一個比較適宜的週期。當然不排除未來我們也像對標國外那樣,做超長期的駐留。比如説,人類目前最長的單次駐留是俄羅斯的宇航員波利亞科夫在和平號空間站駐留了437天以上。這方面的對於研究失重條件對人體的影響非常重要,這個意義不光在於這個活動本身了,因為將來人類除了登陸月球之外還要去登陸火星。按照最節約能源的方式去奔赴火星的話,往返的窗口至少整個的旅程要有一年半以上的時間,超過500天。所以,在正式的人類去遠征火星之前一定要先驗證一下,在天上待這麼長時間有沒有問題。當然這只是很小的一個方面了。

實際上開展太空醫學的研究,對於我們日常生活都是有幫助的。比如説研究在微重力條件下的骨量減少和肌肉萎縮,其實大量日常生活中那些重病號長期臥床就很像在太空中微重力的條件下,因為人在站立的狀態下人的肌肉和骨骼受到重力刺激是遠大於人平躺的時候受到的刺激的。

所以,你在太空研究的這些手段對地面的醫學研究也是有意義的,而且等於是長期在太空飛行,這樣的話長期航太員在太空飛行,只需要把補給用貨運飛船送過來就可以了。因為一個運載火箭和一個飛船,要能夠載人和不需要載人,這個要求可是不一樣的,對它的安全性和可靠性的要求是差很多的,成本也是不一樣的。所以,平常我就是靠貨運飛船給它來回運送補給,人就等於多待一段時間,這樣的效率其實是最高的。所以,在這種情況下我們確實驗證這樣的技術非常有用,而且它進行的各種科學實驗,包括這种太空中除了剛才提到的航太醫學、航太生物學還有流體物理燃燒,還有空間天文學等等方面的科學實驗都可以有充分的機會去開展,這樣對於整個促進國家高技術的發展是非常有好處的。

 中國網:它其實兼顧了人性化和一個經濟效益,雙向的考慮。

 楊宇光:對,如果單純考慮經濟效益,那麼在天上待的時間越長越好。

 中國網:近日,習近平主席在駐陜西部隊某基地視察調研時指出,太空資産是國家戰略資産,要管好用好,更要保護好。目前,我國空間站進入了關鍵技術驗證和建造階段,未來中國空間站將如何建設?是否與國際空間站接軌?

楊宇光:正如習主席所説,我們的空間站是我們國家重要的空間資産。其實,因為我們知道,中國目前已經是一個“如假包換”的航太大國,我們的發射次數在最近這幾年連續多次蟬聯世界第一。我們整個航太活動的規模和整個産業的規模已經是非常龐大了,所以我們是航太大國。

但我們的目標是建設空間強國,也就意味著我們目前還不是空間強國。要成為空間強國它是有多個領域的重要標誌,載人航太是整個國家航太活動非常重要的一部分,它的一個重要標誌就是空間站成功的建造和正常的在軌運作。所以,應當説為什麼説它重要,因為是我們國家的重要資産,它代表著我們國家成為一個航太強國的一個重要的標誌。而且這是根據中國航太的白皮書,我們的這個空間站是我們國家的國家級的空間的科學實驗室,也就是説我們整個國家的空間科學它是最大的一個樞紐,所以從這個角度來説它確實是我們非常重要的一個空間資産。

不但如此,它還是我們國家開展國際合作或者空間領域國際合作的一個重要的平臺。因為我們講成為一個航太強國,它強不但是體現在自己強,還體現在它的朋友多。就説等於是國際合作是我們成為航太強國的一個非常重要的方面。如何去實現?包括深空探測、包括載人航太就是其中我們國際合作的重要的窗口和領域。空間站將成為我們未來的國際合作的一個窗口。

我們已經看到歐洲的像航太員薩曼莎還有其他的歐洲航太員在中國進行訓練了,甚至他們有的人已經説中文説得很流利了,那麼就是意味著未來也許有國外的乘組造訪我們的空間站,所以從這個角度來説確實它是大國重器。我們應當保護好它,維護好它,而且還要更高效率的用好它,使它真正能夠發揮我們在科學方面和社會方面的效益。

包括這次給香港的中小學生進行的科普活動,有很好的效果,未來這也成為一種常態。那麼這些空間站上長期、常態進行的科普活動,對於激勵年輕人去熱愛科學、學習科學,這個産生的作用也是不能用金錢去估量的,也是無價的,所以這些方面應該説是推動整個國家發展的一個利器。

中國網:您認為,如何管好用好保護好太空資産?

楊宇光:首先一點,當然這個設計已經做完了,我們要做好在關鍵技術驗證階段和建造階段的一些飛行任務,剛才已經提到了包括用機械臂輔助轉位都是我們從穩妥的角度考慮,就是説一些沒有摸過的關鍵技術,沒有做過的關鍵技術,一定要對它進行充分的驗證我們才正式去幹,這是我們去管好它的一個很重要的舉措。

怎麼用好它,其實剛才已經講到了,任何一艘載人飛船和它的長征二號F火箭在執行任務的時候,後面一艘馬上作為備份來輪換,這個就是以人為本。一定是圍繞我們航太員的安全,也包括空間站的安全來面對未來的任務。而且這裡面還有一個任務,因為它其實,我們的空間站不是説僅僅在空間站的這樣一個資産,它的資産還包括我們整個大系統。

這裡面講到一件事,我們的神舟十二號乘組剛回來,過去我們的搜救任務其實是一個臨時性的組織,就是到了這次飛行任務等於這個搜救團隊才進入狀態。將來空間站長期運作,任何時間如果出現了危及航太員生命安全的情況都要緊急撤離,那麼地面的搜救船隊要處在一個待命的狀態。那如何在保證成本可控的情況下,還能夠有足夠的能力去保證航太員救援過程中、緊急撤離過程中的安全,這就是一個命題。所以,我們可以看得到怎樣用好它,管好它,不僅僅是眼光在天上,還有在地上。這些工作我們都要去做,來保證我們整個十年、十五年的運作,能夠是真正的達到了國際的先進水準。

中國網:那我們期待神舟十三號載人飛船成功發射,也希望我們中國的航太事業能夠腳步更加的鏗鏘。感謝您今天做客我們的節目。

楊宇光:謝謝。


(本期人員:編導/主持:裴希婷;圖片:楊楠;主編:鄭海濱)


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來源:中國網
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