神舟十三号有何重任?如何管好用好太空资产?航天专家详解
 
时间:2021年9月24日
嘉宾:国际宇航联空间运输委员会副主席、中国航天科工集团二院研究员 杨宇光

中国网:近日,天舟三号货运飞船成功发射并实现自主快速交会对接,这意味着我国载人空间任务即将进入神舟十三号阶段。神舟十三号载人飞船计划搭载三名航天员在中国空间站驻留6个月,将进一步验证空间站建设运行的关键技术。按照空间站建造任务规划,我国将于2022年完成空间站在轨建造。航天强国的标志是什么?如何管好用好保护好太空资产?本期节目,特邀国际宇航联空间运输委员会副主席、中国航天科工集团二院研究员杨宇光与广大网友在线交流。

国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光解析神舟十三号任务。   中国网 杨楠  摄影


中国网:9月20日,“太空快递”天舟三号货运飞船成功发射并实现自主快速交会对接。相比天舟二号,天舟三号在运载性能上做了哪些优化?

杨宇光:其实现在是两艘天舟飞船一起和空间站对接,这种情况将来会比较少见,因为我们现在是处在一个关键技术验证阶段。其实天舟二号还有一个非常重要的任务,它已经从后方对接,就是从神舟十二号给它腾出来前方对接口对过去了。不可能等将来正式的实验舱上天以后才这么干,一定要现在先去妥妥地验证一下,将来才能做正式建造的任务,所以这是一个稳妥的考虑,所以天舟二号还承担这样一个任务。

天舟三号的核心还是为神舟十三号乘组服务。神舟十三号在轨半年的吃的喝的,包括过年用的东西都在里面,这是它最重要的。我们也确实进行了很多的优化,包括刚才我们提到的这次窄窗口发射依然是快速交会对接,七个小时从发射到对接就这么短的时间我们就对上去了。

这次和以前还有一点不一样的,就是我们国家的推进剂补加的系统。我们的货运飞船使用的推进剂,和空间站除了电推进系统以外常规使用的推进剂是一个品种,这个可以共用。之前的天舟二号给它带去了三吨多的推进剂,就包括它自己的推进剂。实际上从目前评估来看足够用,所以这次没有给它带太多的推进剂。天舟三号把原来的八个储箱减成了四个,这样它可以留出更多的空间来给内部的加压的货舱。而这次货包的数量要比上次多了25%,因为你要驻留半年的时间,生活上各方面需要的物资就更多了。这次看摄像头里面(货舱)装得满满腾腾的,这次确实包括货物的分类,摆放,包括各方面的考虑都更加以人为本,考虑航天员“拆快递”能够拆得更舒服。我们现在已经有二维码之类的手段辅助进行分类管理这些货包,但未来还有很多的优化空间来保证这方面的工作。

这次我们带了5.6吨的货物,除了航天员喝的水,包括出舱活动用的氧气罐还有其他的一些,又另外带了一套“二代飞天”的舱外服,这样一旦天上另外两套舱外服有问题,这个还可以作为备份,所以进一步确保了我们舱外活动的能力。

除了这些之外,空间站要维持正常运行,要维持航天员生命保障,这些系统中很多东西的部件是消耗性的,这些耗材我们也要带去很多,还有很多是留有备份的。再有一些就是科研实验的设备,这个可能要等正式的公布才能知道具体是哪些科研实验的设备。但可以想象半年的时间,他们确实会非常忙,有很多有价值的科学实验要做。

中国网:方方面面都要考虑到,才能有助于他们更加高效的开展科研工作。

杨宇光:是这样的。

中国网:神舟十三号载人飞船发射任务已经排上了日程,计划驻留时间六个月,驻留时间的延长会给航天员、航天器等带来哪些挑战?长期驻留需要解决哪些问题?

杨宇光:神舟飞船在轨长期储存是有辐射等等影响的,所以这次六个月就和未来的正常的乘组轮换的时间一样长了,那就可以进行一比一的技术验证了,这是一个很重要的方面。

还有进一步验证我们长期在轨生活技术和再生式的环控生保技术。我们之前就是通过三个月的驻留,我们注意到太空自行车、太空跑台和锻炼的拉力器各种各样的锻炼设施,包括我们的营养(供给),对航天员都是进行各方面的保护,保护他在因为微重力的条件下不再受重力的刺激导致的肌肉萎缩,骨量减少和神经系统、心血管系统的弱化。应当说,这些措施从他们三位航天员精神抖擞的返回来看是有效的。但那是三个月,下次是六个月,长了一倍,是不是有效?一定要通过实践来检验。所以,这是他们非常重要的一方面工作。

还有一件非常重要的事情,我们知道神舟十二号的乘组在返回之前,在离开空间站之前他进行了一个模拟的从下方接近空间站的操作,这是非常重要的。因为过去我们虽然已经熟练掌握了交会对接的技术,但是都是从前向或者后向去交会对接。从轨道动力学的角度来说,如果两者处在同一轨道上,从前向和后向接近这个位置关系是稳定的,也就是说你经过多长时间以后这个位置关系是不会变化的,所以这样的话给你带来很多的便利。但是如果你从下方对接的话那就不一样了,它对时间是敏感的,也就是说你停留在这个位置,如果你不继续往前走的话,你这个位置很快你就保持不住了,这是由轨道动力学的特点决定的。所以,下方对接整体而言,就是对接到下方的对接口,它的难度要大于前向或者后向对接的。我们神舟十二号已经做了一个初步的技术验证,但最后还是要靠神舟十三号去实施,那么就是它从下方对接到下方对接口上。无论如何我们必须掌握这样的技术,将来你乘组轮换期间,可能后方的接口是被货运飞船占着的,另外一艘飞船如果对接在前向对接口,另外一艘必须对接在下方对接口。

包括环控生保系统,问天号舱会承担核心舱的很多功能的备份功能,包括居住功能,包括环控生保的这些功能,这样的话就等于是未来乘组轮换期间,短期会有六名乘组在天上,这方面径向对接技术就是其中很重要的一环,我们必须验证这一环。所以,神舟十三号乘组的任务更重。

还有一点我们注意到,几位航天员在天上已经做了很多的科学实验,包括互相看眼底,拿眼底镜看眼底,包括互相抽血,采集血样,包括用B超探头来检查身体,还有用其他的一些设备来检查身体,这都是航天医学和航天生物学做的内容。我们在关键技术验证阶段规划了大约四十多项的科学实验,神舟十二号乘组已经做了十几项,未来神舟十三号乘组有更多的时间来做这些科学实验,应当说在科学研究方面的效益会更大。

国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光就神舟十三号的任务情况进行解读。  中国网杨楠  摄影


中国网:在轨时间的延长,对人类发展航天技术、开展空间实验有什么意义?

杨宇光:我们对标一下整个航天的历史,确实在空间站进行科研活动它的效率是最高的。从科研的效益来说,就是说你这个航天员在天上待的时间越长,你的效益越高。所以,我们为什么制定了六个月的乘组轮换,(时间)再长一方面身体有点吃不消,另一方面心里想家等方面的因素也不太有利的,所以从人性化的角度来说,六个月是一个比较适宜的周期。当然不排除未来我们也像对标国外那样,做超长期的驻留。比如说,人类目前最长的单次驻留是俄罗斯的宇航员波利亚科夫在和平号空间站驻留了437天以上。这方面的对于研究失重条件对人体的影响非常重要,这个意义不光在于这个活动本身了,因为将来人类除了登陆月球之外还要去登陆火星。按照最节约能源的方式去奔赴火星的话,往返的窗口至少整个的旅程要有一年半以上的时间,超过500天。所以,在正式的人类去远征火星之前一定要先验证一下,在天上待这么长时间有没有问题。当然这只是很小的一个方面了。

实际上开展太空医学的研究,对于我们日常生活都是有帮助的。比如说研究在微重力条件下的骨量减少和肌肉萎缩,其实大量日常生活中那些重病号长期卧床就很像在太空中微重力的条件下,因为人在站立的状态下人的肌肉和骨骼受到重力刺激是远大于人平躺的时候受到的刺激的。

所以,你在太空研究的这些手段对地面的医学研究也是有意义的,而且等于是长期在太空飞行,这样的话长期航天员在太空飞行,只需要把补给用货运飞船送过来就可以了。因为一个运载火箭和一个飞船,要能够载人和不需要载人,这个要求可是不一样的,对它的安全性和可靠性的要求是差很多的,成本也是不一样的。所以,平常我就是靠货运飞船给它来回运送补给,人就等于多待一段时间,这样的效率其实是最高的。所以,在这种情况下我们确实验证这样的技术非常有用,而且它进行的各种科学实验,包括这种太空中除了刚才提到的航天医学、航天生物学还有流体物理燃烧,还有空间天文学等等方面的科学实验都可以有充分的机会去开展,这样对于整个促进国家高技术的发展是非常有好处的。

 中国网:它其实兼顾了人性化和一个经济效益,双向的考虑。

 杨宇光:对,如果单纯考虑经济效益,那么在天上待的时间越长越好。

 中国网:近日,习近平主席在驻陕西部队某基地视察调研时指出,太空资产是国家战略资产,要管好用好,更要保护好。目前,我国空间站进入了关键技术验证和建造阶段,未来中国空间站将如何建设?是否与国际空间站接轨?

杨宇光:正如习主席所说,我们的空间站是我们国家重要的空间资产。其实,因为我们知道,中国目前已经是一个“如假包换”的航天大国,我们的发射次数在最近这几年连续多次蝉联世界第一。我们整个航天活动的规模和整个产业的规模已经是非常庞大了,所以我们是航天大国。

但我们的目标是建设空间强国,也就意味着我们目前还不是空间强国。要成为空间强国它是有多个领域的重要标志,载人航天是整个国家航天活动非常重要的一部分,它的一个重要标志就是空间站成功的建造和正常的在轨运行。所以,应当说为什么说它重要,因为是我们国家的重要资产,它代表着我们国家成为一个航天强国的一个重要的标志。而且这是根据中国航天的白皮书,我们的这个空间站是我们国家的国家级的空间的科学实验室,也就是说我们整个国家的空间科学它是最大的一个枢纽,所以从这个角度来说它确实是我们非常重要的一个空间资产。

不但如此,它还是我们国家开展国际合作或者空间领域国际合作的一个重要的平台。因为我们讲成为一个航天强国,它强不但是体现在自己强,还体现在它的朋友多。就说等于是国际合作是我们成为航天强国的一个非常重要的方面。如何去实现?包括深空探测、包括载人航天就是其中我们国际合作的重要的窗口和领域。空间站将成为我们未来的国际合作的一个窗口。

我们已经看到欧洲的像航天员萨曼莎还有其他的欧洲航天员在中国进行训练了,甚至他们有的人已经说中文说得很流利了,那么就是意味着未来也许有国外的乘组造访我们的空间站,所以从这个角度来说确实它是大国重器。我们应当保护好它,维护好它,而且还要更高效率的用好它,使它真正能够发挥我们在科学方面和社会方面的效益。

包括这次给香港的中小学生进行的科普活动,有很好的效果,未来这也成为一种常态。那么这些空间站上长期、常态进行的科普活动,对于激励年轻人去热爱科学、学习科学,这个产生的作用也是不能用金钱去估量的,也是无价的,所以这些方面应该说是推动整个国家发展的一个利器。

中国网:您认为,如何管好用好保护好太空资产?

杨宇光:首先一点,当然这个设计已经做完了,我们要做好在关键技术验证阶段和建造阶段的一些飞行任务,刚才已经提到了包括用机械臂辅助转位都是我们从稳妥的角度考虑,就是说一些没有摸过的关键技术,没有做过的关键技术,一定要对它进行充分的验证我们才正式去干,这是我们去管好它的一个很重要的举措。

怎么用好它,其实刚才已经讲到了,任何一艘载人飞船和它的长征二号F火箭在执行任务的时候,后面一艘马上作为备份来轮换,这个就是以人为本。一定是围绕我们航天员的安全,也包括空间站的安全来面对未来的任务。而且这里面还有一个任务,因为它其实,我们的空间站不是说仅仅在空间站的这样一个资产,它的资产还包括我们整个大系统。

这里面讲到一件事,我们的神舟十二号乘组刚回来,过去我们的搜救任务其实是一个临时性的组织,就是到了这次飞行任务等于这个搜救团队才进入状态。将来空间站长期运行,任何时间如果出现了危及航天员生命安全的情况都要紧急撤离,那么地面的搜救船队要处在一个待命的状态。那如何在保证成本可控的情况下,还能够有足够的能力去保证航天员救援过程中、紧急撤离过程中的安全,这就是一个命题。所以,我们可以看得到怎样用好它,管好它,不仅仅是眼光在天上,还有在地上。这些工作我们都要去做,来保证我们整个十年、十五年的运行,能够是真正的达到了国际的先进水平。

中国网:那我们期待神舟十三号载人飞船成功发射,也希望我们中国的航天事业能够脚步更加的铿锵。感谢您今天做客我们的节目。

杨宇光:谢谢。


(本期人员:编导/主持:裴希婷;图片:杨楠;主编:郑海滨)


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