北京時間10月19日淩晨3時37分,神舟十一號載人飛船與天宮二號空間實驗室在我國上空,成功進行了“太(交)空(會)婚(對)禮(接)!”飛船搭載的兩名航太員將在天宮二號內完成系列在軌試驗和科學實驗。
時光回到9月15日晚,天宮二號空間實驗室在酒泉衛星發射中心成功發射升空,這一震撼人心的場景還歷歷在目。
現在“新娘”天宮二號已經就位,靜候另一位主角——“新郎”神舟十一號飛船的到來。
10月17日,神舟十一號飛船成功發射升空,入軌之後經過五次變軌調整,與天宮二號空間實驗室相會。
仰望星空,無比激動。這場“太空婚禮”是載人航太器家族的一大盛事。
先期進入太空的“新娘”天宮二號空間實驗室已在軌運作1個多月。它運作情況如何?都做了些什麼?
據天宮二號空間應用系統總體部消息,天宮二號有效載荷進入太空後,陸續進行了加電自檢、在軌初始狀態設置和初步功能測試,各有效載荷和在軌支援設備運作正常,性能穩定,狀態良好。目前部分實驗已獲取了一批相關典型區域圖像和科學實驗數據。
天宮二號空間實驗室是繼天宮一號後中國自主研發的第二個空間實驗室,也是中國第一個真正意義上的空間實驗室,用於進一步驗證空間交會對接技術及進行一系列空間試驗。
這位“新娘”全長10.4米,重約8.6噸,有實驗艙和資源艙兩個“房間”:全密封環境的實驗艙,能夠支援2名航太員在軌工作、生活30天;資源艙為太空飛行提供能源動力。實驗室設計在軌壽命2年。
天宮二號主要開展地球觀測和空間地球系統科學、空間應用新技術、空間技術和航太醫學等領域的應用和試驗,包括釋放伴飛小衛星,完成貨運飛船與天宮二號的對接。它開啟了我國航太史上多項之“最”:這是我國目前空間應用項目最多的、持續時間最長的、以及最接近未來空間站建設目標的一次飛行任務。
這場“太空婚禮”在浩渺的星空舉行,全過程便是神舟十一號和天宮二號的交會、對接。
地面人員將根據兩個飛行器軌道的偏差來控制飛船變軌,經過若干次修正讓“新郎”一點一點接近“新娘”,直到相距約50公里的位置;在對接過程中,兩個航太器的速度都是每秒7.8公里上下,但軌道、高度、角度都不同,相對速度很大,要讓它們逐步接近並把相對速度降到每秒0.2米這個非常低的水準,同時採用全新升級的“對接天眼”——光學成像敏感器(CRDS),以便讓兩個重達8噸多的飛行器既快又嚴絲合縫地對接到一起。
“太空婚禮”順利完成以後,神舟十一號的主要任務之一是開展航太員在太空中期駐留試驗,檢驗神舟十一號與天宮二號對接體對航太員生活、工作和健康的保障能力,以及航太員執行飛行任務的能力,實際上也是太空中的人體生命科學研究。
空間實驗室任務是我國載人航太“三步走”發展戰略的重要組成部分,標誌著我國載人航太進入應用發展新階段,承前啟後,意義重大。從上世紀90年代啟動的中國載人航太工程,確定了“三步走”的發展戰略,已實現第一步——發射無人和載人飛船,以及第二步第一階段——航太員出艙、飛船與空間艙交會對接。目前,載人航太工程進入第二步第二階段——短期有人照料的空間實驗室建設。
在這場萬眾矚目的“太空婚禮”中,各地送上了精美的“伴手禮”,其中也有浙江的科技力量。
測控應答機來自浙江
在身負空間監測使命的伴隨衛星上,負責地面和太空通訊聯絡的一台測控應答機是由浙江大學航空航太學院副院長、微小衛星研究中心主任金仲和團隊自主研發設計的。
這個長110毫米,重量不足100克的小傢夥,利用軟體無線電技術研發。在國際上首次將這個設備的重量由公斤級降到百克級,極大地減輕了衛星的重量。
據了解,目前金仲和團隊正在設計視頻成像衛星,這好比在太空也能玩轉VR技術了,可以實現更加複雜的空間操作任務。
“無創心功能監測儀”由浙江大學研製
在神舟十一號載人飛船升空之前,由浙江大學研製的“無創心功能監測儀”已隨天宮二號在太空中靜候,為神十一航太員進行心率、血壓、血氧飽和度等生理參數的實時監測和分析,在保障航太員健康以及航太員太空長期生存活動中發揮重要作用。
浙江大學生物醫學工程與儀器科學學院同中國航太員訓練中心有多年的合作歷史。浙江大學1977年在國內率先設立了生物醫學工程專業,作為國家一級重點學科,浙大生物醫學工程的科研實力位居全國前茅。10年前,從2006年9月開始,雙方合作研發了“無創心功能監測儀”。經過5年的艱苦研製,滿足了交會對接任務對航太員新型醫監醫保設備的更高要求,2011年9月29日隨著天宮一號目標飛行器成功進入太空。這個儀器有點特殊,測血壓的設備和地面袖帶式不同,是在胸部連上心電電極,在手指上戴上血氧、脈搏波感測器,對心電信號和脈搏波信號進行分析處理,計算出心率、血壓、血氧飽和度等生理參數。
2012年6月16日,神舟九號發射,與天宮一號成功實施了中國首次載人交會對接任務。劉洋等三名航太員首次成功使用天宮一號中的“無創心功能監測儀”進行了血壓和心血管參數的無創連續監測,數據順利傳回地面,效果良好。2013年6月又為“神十”的三名航太員做了生理監測,這次神舟十一號與天宮二號成功實施載人交會對接任務之後,對航太員進行在軌生理狀態的監測,繼續為神舟十一號保駕護航。
空間冷原子鐘
接下來,天宮二號將開展的實驗中,包括了空間科學物理領域重點項目——空間冷原子鐘實驗,有望實現3千萬年誤差一秒的超高精度,對衛星定位導航等生産生活及引力波探測等空間科學研究將産生重大影響。據了解,空間冷原子鐘可以大幅提高導航定位精度,這對我國發展北斗導航具有重要意義。
水稻太空育種科研
天宮二號還將進行高等植物培養實驗,水稻和擬南芥將開展我國首次為期6個月的植物“從種子到種子”全生命週期培養。從事太空育種多年的中國水稻研究所國家水稻改良中心馬良勇教授介紹,以往種子進入太空是出於一種乾燥的、休眠的狀態下,而此次試驗則是植物生長的一個完整週期,觀察在發芽、抽穗(薹)、結實等不同階段受到太空環境的影響,具有更重要的科研意義。
隨著航太事業的發展,太空育種已經走進我們的生活,今年4月,“實踐十號”升空就搭載了我省中國水稻研究所的5份材料,目前馬良勇團隊正在對材料進行科學分析。據統計,從這裡進入太空的水稻材料多達64份,而我們日常吃到的“中浙優一號”正是水稻所通過太空育種而來的高産優質品種,而“此次試驗則是為人類在太空生活進行科研攻關,是太空育種科研的一次質的飛躍。”
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