神舟十三号航天员乘组太空“出差”183天 我国已突破并掌握空间站建造关键技术

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，成为入住中国空间站的第二批航天员。

　　历经183天，2022年4月16日，太空“出差”三人组顺利凯旋，平安降落在内蒙古东风着陆场。至此，返回地球后的神舟十三号载人飞船飞行乘组也创下了中国航天员连续在轨飞行时长新纪录。

　　在轨期间，3名航天员在地面科技人员支持下，圆满完成了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试验与应用项目，顺利完成全部既定任务，创造了多项“首次”。

　　焦点1

　　神十三飞行乘组在轨期间完成哪些任务？

　　完成2次出舱活动、2次太空授课以及40余项在轨实验和试验任务

　　4月17日，在国新办举行的新闻发布会上，中国载人航天工程航天员系统总设计师、中国航天员科研训练中心研究员黄伟芬介绍，神舟十三号飞行乘组飞行了183天，圆满完成了各项任务，创造了多项纪录。“他们在轨驻留期间圆满完成了2次出舱活动、2次太空授课，还有手控摇操作交会对接试验以及航天医学、航天心理学、航天工效学和空间材料科学，共计40余项在轨实验和试验任务；80余项在轨数据收集和分析工作等，还完成了大量空间站组合体平台巡检测试、设备维护照料以及物资和站务的管理工作，并实施了健康监测、在轨防护锻炼以及在轨训练和演练，完成了大量科普教育等公益视频录制，拍摄了大量图片和视频资料，获取了宝贵和丰富的资料。”

　　黄伟芬表示，总体来讲，3名航天员在轨飞行期间身体和心理状态良好，协同配合默契、工作紧张有序、生活丰富多彩、任务完成出色，他们经受住了身心考验以及完成任务各方面的能力考验。目前，他们已经返回北京航天城，正在按计划开展返回后恢复工作。

　　焦点2

　　空间站关键技术验证取得哪些成果？

　　我国已突破并掌握空间站建造关键技术

　　中国载人航天工程办公室主任郝淳17日在国新办举行的新闻发布会上介绍，通过空间站关键技术验证阶段任务，我们全面突破并掌握了空间站建造的关键技术，完善了任务的组织指挥体系，初步建立了有中国特色的载人航天运营管理体系，取得了高水平的空间科学研究成果和显著的综合效益。

　　比如航天员长期在轨驻留的生活和工作保障技术得到全面验证和突破，从以前最长一个月，到三个月，再到六个月；还有再生式环境控制和生命保障技术、大型柔性电池翼可驱动机构技术，机械臂辅助舱段转位技术、航天员遥操作交会对接等一系列技术都得到了突破，为后续空间站的建设攻克了技术难关。

　　完善了任务的组织指挥体系，建立了载人飞船应急发射机制和航天员应急返回搜救机制，能保障各次发射任务高效顺畅实施，保证航天员在轨安全和空间站稳定运行。

　　初步建立了有中国特色的载人航天运营管理体系。和以往间断发射和短时间在轨运行有很大的不同，进入空间站阶段后，飞行器长期连续运行，航天员长期在轨工作和生活，这就要求地面对全过程、全状态进行充分监视并处理应急情况。

　　利用核心舱上的空间科学实验设施，开展了以无容器和高微重力实验为主要内容的科学实验，取得了一大批具有世界水平的成果。此外，利用神舟载人飞船飞行机会，搭载了一大批各种各样的航天种子，微生物和电子元器件等实验样品，还有大批瞄准未来航天技术发展的实验设施和设备。组织开展了“天宫课堂”太空授课活动等一系列科普和教育活动，可以说在空间科学研究和综合效益方面取得了“双丰收”。

　　焦点3

　　核心舱组合体在轨运行近一年状态如何？

　　天和核心舱与天舟三号货运飞船组合体状态正常，在轨运行参数稳定

　　中国工程院院士、中国载人航天工程空间站系统总设计师、中国空间技术研究院研究员杨宏介绍，神舟十三号飞船顺利返回后，目前在轨的是天和核心舱与天舟三号货运飞船组合体在运行，状态正常，在轨各项运行参数稳定。

　　核心舱在轨运行将近一年时间里，所有任务均是按照计划顺利实施，完成了与两艘载人飞船和两艘货运飞船的交会对接，以及神舟十二号乘组3个月的驻留和神舟十三号6个月的驻留任务。同时还开展了出舱活动、机械臂转位货运飞船以及手控遥操作等多项专项任务。

　　在此期间，开展了多项关键技术验证工作，包括物化再生生保、大型组合体控制以及大型柔性太阳电池翼及驱动技术等，经过评估，结果符合预期，目前功能性能优于设计。

　　比如，神舟十二号和神舟十三号两个乘组驻留期间，天和核心舱的再生生保系统为航天员提供良好的载人环境，满足航天员在轨的物质代谢需求。其中，将航天员排出湿气收集成冷凝水，尿液回收再处理成饮用水和电解制氧，整个水的回收效率优于95%，水利用效率优于83%，均满足指标要求，通过这项技术，大大降低了通过货运飞船上行携带航天员饮用水和氧气的需求量。

　　新京报记者 陈琳

　　■ 揭秘

　　着陆反推发动机、惯性导航、可以覆盖3个篮球场的降落伞等设备顺利完成任务

　　“黑科技”护航神舟十三号乘组平安“回家”

　　4月16日上午，一朵“红白伞花”缓缓降落在内蒙古的东风着陆场，神舟十三号载人飞船成功着陆，3名航天员安全回家。医监医保人员对航天员进行状态检查后，3名航天员表示：“感觉良好。”

　　在返回过程中，同步点火、惯性导航、3个篮球场大小的降落伞等“黑科技”设备也顺利完成任务，护航神舟十三号航天员乘组平安“回家”。新京报记者 张建林

　　4台着陆反推发动机完成关键“刹车”

　　着陆反推发动机能否成功点火和正常工作，是决定神舟十三号航天员能否安全回家的“最后一棒”。

　　“这是我们的发动机在轨时间最长的一次，我们必须确保发动机的高可靠性和高安全性。”谈起与前几次任务的不同时，中国航天科技集团八院动力所项目指挥孙福合表示，从神舟十二号的33天到神舟十三号的183天，超长时间的太空待机将给发动机带来极大的挑战。“我们给发动机罗列了所有可能会遇到的环境条件，并为其策划了全面的考核试验，以此来确保发动机在运输、装卸、贮存、使用过程中的结构完整性和可靠性。”孙福合说。

　　为适应在轨飞船的空间环境，设计师们对发动机进行了严格的环境模拟试验；为了确保发动机点火的安全可靠，进行了安全裕度验证试验；为了确保发动机的高可靠性，进行了发动机的高温烤爆试验等。

　　同时，返回舱的着陆过程对于航天员来说也是个不小的挑战。在经历灼烧、黑障、开伞减速等程序后，返回舱仍然以近9米/秒的速度下降。而此时航天员是背朝下方面朝天地坐在返回舱里，如此高的着陆速度将损伤航天员的颈椎。为了确保他们的安全，必须进一步降低冲击。而这一关键的“刹车”过程就由4台着陆反推发动机完成。

　　为此，设计人员设计了一套出色的“刹车”动作：在返回舱距离地面1米时，4台着陆反推发动机必须在10毫秒内同时点火，大量燃气的积聚将在燃烧室内形成高压，最终从尾部的喷口中喷出，以反推力来减缓落地速度，提高了返回舱降落过程中最后一个环节的安全性。

　　惯性导航设备精准定位东风着陆场

　　从飞船与空间站分离开始到精准降落在东风着陆场，整个飞行过程都离不开惯性导航设备。

　　据中国航天科技集团九院介绍，航天九院13所研制的光纤惯性测量单元是飞船GNC分系统的关键单机，用于测量飞船的角速度和加速度，通过给出准确测量信息，为宇航员准确返回着陆场提供关键数据信息，助力飞船成功进入返回轨道，确保飞船精准落地。

　　此外，航天九院16所（7171厂）研制的二浮惯性测量单元位于飞船返回舱内，是飞船空间稳定运行和安全返回的关键单机，通过实时测量飞船的运动信息，精确控制飞船的姿态和速度，为飞船稳定运行和安全返回提供可靠保障。

　　值得注意的是，返回过程中，舱内设备中的控制管理、医学保障、语音通话等都对飞船和航天员至关重要。实现这些功能，离不开航天九院771所研制的数管分系统中央单元、舱载医监设备主机、话音处理组件等单机。

　　其中，数管分系统中央单元相当于飞船神经中枢，通过系统总线，完成对数管分系统及其他分系统设备的控制管理，实现各类数据及指令的存储、控制、处理和转发。

　　世界上最大环帆伞保障航天员安全落地

　　“打开降落伞稳稳落地”是航天员“回家”的最后一道程序。在返回过程中，伞舱盖打开后，先拉出引导伞，再拉出减速伞。减速伞工作数秒以后会和返回舱分离，并拉出主伞，通过主伞，返回舱的落地速度会逐渐降低。记者了解到，此次护航神舟十三号的主伞面积达1200平方米，由1900多块伞衣拼接而成，全部展开后可以覆盖3个篮球场，是世界上最大的环帆伞。

　　怎样在有限的空间里保证1200平方米主伞的所有尺寸精准到位是最让团队头疼的问题。航天科技集团五院508所降落伞研制中心组长杨霞，主要负责神舟十三号降落伞工艺的编制，以及设计加工工艺流程等。

　　据杨霞介绍，在产品复查环节，该团队成员要从降落伞生产的全流程复查产品每一个零部件加工的一致性状态，要保证96根径向带加工后的线迹松紧度一致，确保每一根径向带长度一致，确保产品质量万无一失。

　　神舟十三号载人飞行的多个“首次”

　　●首次实施径向交会对接

　　2021年10月16日，神舟十三号载人飞船搭载三名航天员开启“超长太空之旅”。在此次任务中，神舟十三号采用自主快速交会对接技术，在入轨后6.5小时内与核心舱完成交会对接。神舟十三号首次验证了径向交会对接技术，与空间站核心舱径向对接口实施了径向交会对接。

　　●首次执行应急救援发射待命任务

　　为应对在轨停靠飞船无法返回的风险，空间站任务阶段首次建立了应急救援任务模式，采用“滚动待命”策略，在前一发载人飞船发射时，后一发载人飞船在发射场待命，通过在轨停靠飞船和发射场待命飞船共同确保在轨航天员安全。神舟十三号载人飞船作为神舟十二号载人飞船备份首次执行了应急救援发射待命任务。

　　●首次利用空间站机械臂操作大型在轨飞行器进行转位试验

　　2022年1月6日6时59分，经过约47分钟的跨系统密切协同，空间站机械臂转位货运飞船试验取得圆满成功，这是我国首次利用空间站机械臂操作大型在轨飞行器进行转位试验。此次试验，初步检验了利用机械臂操作空间站舱段转位的可行性和有效性，验证了空间站舱段转位技术和机械臂大负载操控技术，为后续空间站在轨组装建造积累了经验。

　　●完成多项空间科学实验

　　航天员在轨驻留期间，完成了9项人因工程技术实验、3类26项航天医学实验领域实验和2项空间应用领域实验，开展了以无容器材料、高微重力实验为重点的空间科学研究与应用，成功完成了多个纯金属、多元合金材料实验，样品悬浮控制精度优于0.1mm，熔化温度达到2000℃以上，首次获得了10-7g量级的高微重力环境，达到国际先进水平。

　　●开展一系列科普与教育活动

　　2021年12月9日15时40分，“天宫课堂”第一课开讲，航天员翟志刚、王亚平、叶光富变身“太空教师”在中国空间站进行太空授课。

　　2022年3月23日，“天宫课堂”第二课开讲，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行太空授课，演示了太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验等。

　　2022年1月1日，“元旦京港澳天宫对话”活动举行，神舟十三号乘组与来自北京、香港和澳门的青年学生，在新年第一天进行了一场别开生面又富有意义的互动交流活动，共话“太空梦”，一起向未来。

　　●丰富的太空“业余”生活

　　由于此次任务在轨时间长，因此神舟十三号乘组也首次在太空中度过了春节、元宵节。同时，在冬奥会期间，在太空“出差”的航天员也心系祖国的奥运赛事，进行了一次“宇宙级”互动，太空祝福也“从天而降”，航天员一起为冬奥健儿们加油喝彩。

　　●首次实施快速返回流程

　　2022年4月16日，神舟十三号航天员乘组平安着陆。为进一步提高返回任务执行效率，缩短地面飞控实施时间，提高航天员返回舒适度，神舟十三号首次实施快速返回。通过对飞行任务时间进行合理裁剪和调整、压缩操作时间，将返回所需时间由以往的11个飞行圈次压缩至5个飞行圈次。

　　●刷新在轨飞行纪录

　　神舟十三号乘组共在轨飞行183天，创造了中国航天员连续在轨飞行时间的最长纪录。王亚平成为中国航天员中在轨飞行累计时长最久的一位。

　　据“中国载人航天”微信公众号