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对话空间探测技术首席科学传播专家庞之浩 8问8答详解神十三航天员“回家”路

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来源:封面新闻

封面新闻记者 粟裕 实习生 王泽银

“妈妈,给我摘颗星星回来!”这是神舟十三号出发前,女航天员王亚平的女儿向妈妈许下的心愿。4月15日,神舟十三号载人飞船已完成全部既定任务,王亚平与两位同事将择机撤离空间站核心舱组合体,返回东风着陆场。目前,神舟十三号乘组已做好飞船撤离前的各项准备。

翟志刚(中)、王亚平(右)、叶光富3名航天员执行神舟十三号载人飞行任务。新华社发

2021年10月16日,航天员翟志刚、王亚平、叶光富在酒泉卫星发射中心搭乘神舟十三号载人飞船进入天和核心舱,成为入驻中国空间站的第二批航天员。

此次飞行任务期间,3名航天员圆满完成2次出舱活动、2次“天宫课堂”太空授课活动,开展了多项科学技术实验与应用项目,也实现了在轨驻留6个月、女航天员进驻空间站等多个“首次”。

值得一提是,神舟十三号将首次采用“快速返回方案”,减少绕飞圈数,将航天员返回过程由11圈缩减至5圈,返回时长控制在8小时内。北京航天飞行控制中心相关负责人表示,为实现快速返回方案,设置了撤离和返回一体的设计程序,并充分考虑着陆场气象条件,确保返回的顺利安全。

从空间站返回、出舱和降落到疗养恢复,航天员“回家”需过哪些关?为何选择东风着陆场?神舟十三号“快返”为何能大幅缩短时间?医学隔离的14天,航天员如何恢复身体机能?……4月15日,封面新闻对话全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩。

神舟十三号乘组3名航天员。新华社发

封面新闻:神舟十三号采用“快速返回”技术,从脱离空间站到成功着陆到地球表面,预计耗时8小时。比神舟十二号返回时长28.5个小时大大缩短,如此快的速度是凭借怎样的技术实现的?

庞之浩:此前的神舟载人飞船在与空间站或空间实验室分离后,需绕地球11圈半才进入返回轨道,而神舟十三号飞船将首次采用快速返回技术,即飞船与空间站分离之后,通过优化流程,压缩飞行程序,只需绕地球5圈就能进入返回轨道。此后飞船的制动、再入过程和以前一样,用40多分钟完成四个阶段的动作就可安全着陆了,这样能明显提升航天员舒适性及任务实施效率。

这比神舟十二号返回时长足足缩短了20个小时,多出的20小时里神舟十二号还做了绕飞实验等一些实验项目,如果说不做这些实验项目,大约耗时17小时,也相当于节省了8个多小时。

封面新闻:从神舟一号到十一号,东风着陆场一直作为“备份着陆场”。2021年神舟十二号飞船搜索回收任务是首次执行航天员搜救任务,由此东风着陆场由备份变主场。选择东风着陆场有何考量?

庞之浩:原来的主着陆场是四子王旗,东风着陆场是一个备份着陆场,离四子王旗有1000公里。因为之前我们国家只有神舟飞船一种航天器,它的独立飞行时间最长的是7天,如果主着陆场天气不好它也必须着陆,所以就需要准备一个备用着陆场。

现在,飞船是跟空间站对接,可以在轨飞行比较长的时间。如果天气不好也可以让它跟空间站继续对接,延迟返回时间,所以就不需要两个着陆场了。东风着陆场的面积是四子王旗着陆场的十倍,选择在东西跨度更大的东风着陆场,着陆返回的机会就更多一些。

东风着陆场离酒泉卫星发射中心比较近,在这里着陆能更好地依托众多的测控、通信、气象、医疗运输以及后勤保障设施等有利条件,节省大量费用。由于该着陆场位于沙漠和戈壁上,也有山地等高凸或坑洼地形,搜索救援难度比以前高。

封面新闻:在太空失重环境中生活半年后,三位航天员回到地球,身体可能会出现哪些变化?为何不能着陆后立刻拥抱航天员?

庞之浩:航天员长期生活在太空,尽管采取了各种各样的锻炼身体措施、吃保健药和保健食品,但长期在失重环境下生活对身体还是会带来一些影响,包括生理和心理的。

所以,航天员落地以后不能马上出来,需要适应地面重力。另外,医监医保人员也要进去对航天员的状况初步检查,协助航天员对地面重力进行再适应,包括逐步进行肢体运动、站立适应等,还有补充饮用水和营养液。

航天员在工作人员协助下出舱,出舱后所有活动采取坐位,以确保安全。因为航天员立位耐力下降,可能导致从失重环境回到地面站不稳,骨质疏松脱钙,一摔跤就容易骨折,所以初期要避免与航天员拥抱,更不能因为兴奋把航天员向空中抛掷。

封面新闻:航天员回到地球后如何恢复身体状态,要经历哪些过程?为什么要医学隔离?

庞之浩:航天员要进入医学隔离期、医学疗养期和恢复疗养期三个阶段的身体恢复期。医学隔离期约14天,来适应地面重力、提高心血管系统和支持运动器官的能力,同时进行平衡、步行等训练。

在此期间,航天员与外界基本隔绝;医学疗养期为20到30天,入住空气好的疗养院,继续恢复健康的同时,要适当增加运动量,进一步增强体质,加强生理机能储备,可逐渐增加活动量;恢复疗养期大约3个月,航天员各项生理参数将恢复到飞行前的状态,如果身体情况良好,航天员就可开始正常的日常训练,因为如果再次上太空,还要在一年以后重新参加选拔。

在北京航天飞行控制中心拍摄的神舟十三号航天员结束出舱任务返回。新华社发

封面新闻:返回过程中,航天员要从天和核心舱回到神舟十三号返回舱,在返回路途中会经历怎样的挑战?

庞之浩:航天器返回地面不是件容易的事,甚至有一定风险。返回时比发射时可能危险更大一点,这是因为航天器返回地面需由飞船系统、航天员系统、着陆场系统、测控系统等多个系统共同配合完成。尤其在返回过程中,飞船要完成一系列复杂动作,可靠性要求非常高,不能有任何一个环节出问题,否者功亏一篑。

神舟飞船返回分四个阶段,制动离轨阶段、自由下降阶段、再入大气层阶段、回收着陆阶段。飞船要闯过四关:一是调姿分离关,通过测控使飞船从运行姿态调整到返回姿态,其中包括让轨道舱与返回舱-推进舱组合体分离,返回舱与推进舱分离。

二是制动减速关,要使飞船返回地面,必须降低飞船飞行速度,改变飞行方向,使其脱离原来的飞行轨道,进入下降飞行轨道,其方法是通过开动推进舱火箭发动机产生制动来降低飞船速度。

三是再入火焰关,飞船返回时会与大气层剧烈摩擦,产生几千度高温,因此必须采用先进的防热措施,否则钢筋铁骨也要化成灰烬。

四是降落着陆关,当返回舱下降到距地面大约10千米的高度时,要打开降落伞,使速度减至约6米/秒,在距地面1米时,安装在返回舱底部的缓冲火箭点火,使返回舱速度降到3米/秒以内的速度实现软着陆。

封面新闻:飞船返回时与大气层剧烈摩擦会产生几千度高温,就像一个火球一样冲向地面,高温为什么没有对返回舱或航天员造成伤害?

庞之浩:返回舱进入大气层时,离地面100公里以下,大气就比较密了。返回舱上有防热装置,表面有烧蚀材料,大气层的高温会使烧蚀材料蒸发从而带走热量。就跟我们老百姓以前用冰块来乘凉一样,冰一融化就会带走一些热量。

我们采用技术水平更高的低密度烧蚀材料,我们的返回舱面积比俄罗斯的返回舱面积大,但使用的烧蚀材料质量比俄罗斯还更轻一些。

2021年12月9日,“天宫课堂”第一课开课,神舟十三号乘组航天员进行太空授课。新华社发

封面新闻:航天员在离开空间站天和核心舱、返回地球前需做哪些准备?“生活垃圾”如何处理?

庞之浩:第一,航天员在返回之前会注重加强锻炼身体。因为从失重环境回到重力环境,对身体要求会更高。航天员在太空长时间生活工作,会出现一些肌肉萎缩、骨质脱钙、立位耐力差、体液减少甚至免疫系统紊乱等情况。

第二,航天员回来时要打好“行囊”和整理货包,包括他们自己的东西、一些科学实验样品等,还有一些重要的数据、视频、实验样品等要随返回舱带回地面。此前,大部分垃圾都置放到天舟二号上,进入大气层后已销毁,少量残骸沉入南太平洋指定无人区域。可能还有少量垃圾,可放到神舟飞船轨道舱里,因为轨道舱在跟返回舱分离以后就没有用了。

第三,航天员要把空间站整理好,为神舟十四的航天员创造一个清洁的环境。返回前,首先把舱里打扫得干干净净,其次要做好临行状态设置,把电、水、气、通信等方面都设置到位。临走前,要关闭空间站内各个舱门,再从核心舱返回神舟十三号飞船,安稳坐好后,系上安全带,并检查航天服。

第四,航天员要再次熟悉整个返回过程中的必要操作和应急预案。此外,还要认真检查飞船返回舱,确保各项系统正常工作,尤其是飞船推进装置和动力控制系统。

封面新闻:王亚平创造了很多纪录,她是第一位进入中国空间站的女航天员,也是我国太空驻留时间最长的女航天员。她的经历对我国航天发展有何意义?

庞之浩:王亚平创造了中国女航天员在太空驻留时间最长、中国太空行走第一女航天员等记录。她的太空工作和生活对航天乘组、航天医学研究等都具有极大促进作用。有了女航天员的经验,对航天员生理调节,特别是心理调节会起到很好的促进作用。

此外,王亚平首次进行了太空行走,这是非常大的挑战,因为太空行走对航天员体力和心理素质要求都非常高。通过这次太空行走,我们增加了女航天员太空行走方面的经验。同时,她的经历也给女性航天医学研究提供了参考。

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