神舟十三號升空,天宮迎來又一批訪客
北京時間10月16日0時23分53秒,長征二號F遙十三運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心921工位點(diǎn)火,在升空582秒后,搭載航天員翟志剛、王亞平、葉光富的神舟十三號載人飛船順利進(jìn)入預(yù)定軌道。
長征二號F遙十三火箭發(fā)射升空 | 人民日報(bào)
隨后,飛船進(jìn)入快速交會對接模式,將在6個多小時內(nèi)進(jìn)行多次機(jī)動變軌,于清晨6時許完成與空間站天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙的徑向交會對接。中國空間站將迎來它的第二批造訪者。
神舟十三號是我國第8次載人航天飛行任務(wù),也是中國空間站的第2次載人飛行任務(wù),還是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段的收官之戰(zhàn)。
神舟十二號飛行任務(wù)標(biāo)識 | CMS
神舟十三號航天員乘組將在軌駐留6個月,任務(wù)主要目標(biāo)為驗(yàn)證中國空間站建造相關(guān)技術(shù),為我國空間站后續(xù)建造及運(yùn)營任務(wù)奠定基礎(chǔ)。
此后,中國空間站工程將由關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段正式轉(zhuǎn)入在軌建造階段。
中國空間站建設(shè)階段歷次飛行任務(wù)圖 | 微博@Vony7
神舟十三號航天員乘組
神舟十三號正式乘組的3名航天員為:翟志剛(下圖中)、王亞平(下圖右)、葉光富(下圖左),指令長為翟志剛。
神舟十三號載人飛行任務(wù)乘組定妝照 | CMS
乘組構(gòu)成仍為“兩老帶一新”,其中翟志剛和王亞平分別執(zhí)行過神舟七號和神舟十號任務(wù),此次任務(wù)是他們的第二次飛行,葉光富則是首次飛行。
翟志剛定妝照 | CMS
翟志剛,55歲,特級航天員,專業(yè)技術(shù)少將軍銜,曾為空軍一級航天員。1998年入選我國首批航天員。
翟志剛在神舟七號任務(wù)出艙時揮舞國旗 | 央視新聞
在2008年9月25日至27日的神舟七號飛行任務(wù)中,擔(dān)任指令長,并實(shí)現(xiàn)了中國人的首次太空出艙活動,因此獲“航天英雄”榮譽(yù)稱號。他的“我已出艙,感覺良好”至今仍是中國航天的佳話。
王亞平定妝照 | CMS
王亞平,41歲,一級航天員,大校軍銜,曾為空軍二級飛行員。2010年入選我國第二批航天員。
神舟十號任務(wù)時的王亞平在天宮一號內(nèi)進(jìn)行太空授課 | 張曉光 攝
2012年6月執(zhí)行神舟十號飛行任務(wù),并進(jìn)行了我國首次太空授課,因此獲“英雄航天員”榮譽(yù)稱號。
葉光富定妝照 | CMS
葉光富,41歲,二級航天員,大校軍銜,曾為空軍一級飛行員。2010年入選我國第二批航天員。
葉光富與美、俄、西、日的5名宇航員參與2016年國際洞穴訓(xùn)練 | ESA
本次任務(wù)是他執(zhí)行的首次載人航天飛行任務(wù),此前他曾參加2016年在意大利撒丁島的歐空局國際洞穴訓(xùn)練。
葉光富為德國宇航員馬天講解救生衣使用方法 | CMS/Seger Yu
十分湊巧的是,此前來華參加訓(xùn)練的德國宇航員馬蒂亞斯?毛雷爾(Matthias Maurer,自取中文名為馬天),也將在本月30日搭乘SpaceX的Crew-3載人龍飛船前往國際空間站,開始他的首次飛行任務(wù)。在未來,他很可能將造訪中國空間站。
神箭遙十三的飛天之路
神舟十三號飛船重約8噸,為軌道艙-返回艙-推進(jìn)艙三艙構(gòu)型。
返回艙是航天員起飛和返回所在地,可謂是庇護(hù)所,也是指控中心;
推進(jìn)艙為飛船提供動力、能源,并帶有環(huán)境控制和通信等部分設(shè)備;
軌道艙則是航天員在飛船獨(dú)立飛行時進(jìn)行休息、餐飲、如廁的地方,也是飛船通往空間站的必經(jīng)通道,在其頂部安裝有對接機(jī)構(gòu)。
量產(chǎn)型神舟飛船結(jié)構(gòu)示意圖 | BWFrank
神舟十三號飛船的發(fā)射,由至今100%成功的“神箭”長征二號F運(yùn)載火箭承擔(dān)。長二F特有的逃逸塔結(jié)構(gòu)可在發(fā)射遭遇故障時啟動,使飛船脫離危險(xiǎn),保證航天員的生命安全。
此次發(fā)射的遙十三箭與6月發(fā)射神舟十二號的遙十二箭有點(diǎn)兒不同,其一二級級間段加上了一層厚厚的保溫泡沫,以保護(hù)火箭不受發(fā)射場10月份夜晚低溫的影響。
垂直轉(zhuǎn)運(yùn)時的長征二號F遙十三運(yùn)載火箭(注意還未安裝尾翼) | 微博@攝影師崔小熊
因?yàn)橐c中國空間站進(jìn)行交會對接,神舟十三號的發(fā)射窗口十分嚴(yán)苛,一般只有那特定的2分鐘時間。發(fā)射時,空間站幾乎就在發(fā)射場頭頂上空。如果因故錯過,就需要再等上一天或更久。
中國空間站于10月16日00:18-00:29過境酒泉發(fā)射場,且中天高度為90度 | Heavens-Abobe
神舟十三號從我國唯一的載人發(fā)射場酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心起飛后,一路向東偏南方向飛行,途徑內(nèi)蒙、寧夏、陜西、山西、河北、山東等省,最終在黃海上空入軌,進(jìn)入了200 × 356千米× 41.5°的軌道。在進(jìn)入遠(yuǎn)望3號的測控區(qū)域,即起飛后約12分鐘后,太陽帆板展開。
發(fā)射時,沿途區(qū)域按慣例設(shè)立了一條長帶狀的禁飛區(qū),一時間飛機(jī)紛紛讓路,頗為壯觀。此外,在黃海海域和鄂湘贛區(qū)域各設(shè)立了一個應(yīng)急降落區(qū),以供飛船應(yīng)急情況下的返回。
神舟十三號飛行路徑示意圖 | 本文作者
與神舟十二號相同的是,神舟十三號仍然采用自主快速交會對接模式,憑借飛船的“智慧大腦”和“矯健身姿”,在多次變軌后,將僅用6.5小時(繞地球飛4圈多)便能追上空間站。
神舟十三號對接前的中國空間站三艙組合體狀態(tài) | BACC/我們的太空/B站@神舟十號SZ10
與神舟十二號的前向交會對接不同的是,神舟十三號與核心艙將進(jìn)行徑向交會對接。
這是因?yàn)楝F(xiàn)在天舟二號“占據(jù)”了前向?qū)涌凇T诮窈罂臻g站運(yùn)營階段,同時對接兩艘載人飛船時,將會經(jīng)常遇到此類情況,因此神舟十三號的首次徑向交會對接是十分必要的技術(shù)驗(yàn)證。
神舟十三號徑向交會對接示意圖 | 央視
對接完成后的中國空間站,將形成以天和核心艙 + 天舟二號貨運(yùn)飛船 + 天舟三號貨運(yùn)飛船 + 神舟十三號載人飛船所構(gòu)成的四艙(船)組合體,總噸位將首次突破50噸。
驗(yàn)證空間站關(guān)鍵技術(shù)
在四艙(船)組合體運(yùn)行期間,神舟十三號將驗(yàn)證空間站組裝建造關(guān)鍵技術(shù),其任務(wù)內(nèi)容包括:
開展機(jī)械臂輔助艙段轉(zhuǎn)位試驗(yàn),由航天員操作機(jī)械臂控制天舟二號貨運(yùn)飛船,將其從目前的前向?qū)游恢棉D(zhuǎn)移至空間站兩側(cè)的停泊口;
手控遙操作試驗(yàn),像飛無人機(jī)一樣,遠(yuǎn)程控制天舟二號的姿態(tài)調(diào)整、機(jī)動飛行及與空間站的交會等。
神舟十三號航天員操作機(jī)械臂輔助天舟二號轉(zhuǎn)位 | 央視
將于明年發(fā)射的兩個重約22噸的實(shí)驗(yàn)艙,它們的組裝建造就必須采用這種機(jī)械臂輔助艙段轉(zhuǎn)位技術(shù),因此神舟十三號所開展的技術(shù)驗(yàn)證不可謂不關(guān)鍵。
天和核心艙機(jī)械臂輔助夢天號實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位至第2象限停泊口 | 航天科技五院
也許有人會問,就不能直接對接到停泊口嘛?
答案是,還真不能。
相比對接口,停泊口沒有安裝對接所需的各類敏感器,強(qiáng)行主動對接會變成“盲人摸象”,因此實(shí)驗(yàn)艙只能先對接到前向?qū)涌谏?,然后再依賴機(jī)械臂的幫助轉(zhuǎn)移到側(cè)向停泊口上。
天和核心艙具有前向、后向、徑向3個對接口和2個側(cè)向停泊口 | CMS
天舟二號在完成以上關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證后,將擇機(jī)撤離空間站,并受控離軌、再入大氣銷毀。屆時,空間站又將恢復(fù)三艙組合體的狀態(tài)。
此后,神舟十三號乘組將擇機(jī)進(jìn)行2-3次出艙活動,安裝大小機(jī)械臂雙臂組合轉(zhuǎn)接件及懸掛裝置,為后續(xù)空間站建造任務(wù)作準(zhǔn)備。王亞平將由此成為中國首位實(shí)施出艙活動的女航天員。
用于出艙的腳限位器和操作臺已固定在天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙外 | Seger Yu
神舟十三號乘組在空間站的日常工作,自然少不了航天醫(yī)學(xué)、微重力物理領(lǐng)域等各類空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用與技術(shù)試驗(yàn),以產(chǎn)出高水平科學(xué)成果。
天和核心艙內(nèi)的無容器材料實(shí)驗(yàn)柜和高微重力實(shí)驗(yàn)柜 | Seger Yu
在此之余,神舟十三號還將開展多樣化科普教育活動,應(yīng)當(dāng)會同神舟十二號一樣,進(jìn)行多次天地連線,與學(xué)生及普羅大眾通話互動。
其中最令人關(guān)注的是,王亞平將開展她的第二次太空授課。
2013年執(zhí)行神舟十號任務(wù)的王亞平在天宮一號內(nèi)進(jìn)行首次太空授課的情景 | 央視
作為空間站未來建造和運(yùn)營階段的探路者,神舟十三號任務(wù)最主要的目的還是驗(yàn)證航天員在空間站在軌駐留6個月的健康、生活和工作保障技術(shù)。
長期的失重和空間輻射環(huán)境對航天員的身體將不可避免產(chǎn)生各種影響,典型如心肺功能下降、骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮等。
神舟十二號航天員在完成太空生活3個月后,剛返回地面時無法行走,就明顯體現(xiàn)了長期失重對人體的影響,而重新適應(yīng)重力環(huán)境需要為期半年的恢復(fù)訓(xùn)練。
神舟十二號乘組剛返回時,無法長時間行走站立 | 新華社
因此,在太空中工作生活半年是神十三航天員乘組所需面臨的最大考驗(yàn),他們將在實(shí)踐中為中國航天員常態(tài)化半年在軌駐留摸索經(jīng)驗(yàn)。同時,神十三任務(wù)也將全面考核包括生命保障系統(tǒng)在內(nèi)的各系統(tǒng)執(zhí)行空間站任務(wù)的功能性能,以及系統(tǒng)間的配性。
不同于其他航天任務(wù),載人飛行任務(wù)必須做到一絲不茍,萬無一失,畢竟航天員的生命安全絕不容有失。為此,空間站準(zhǔn)備了4800余條應(yīng)急預(yù)案,在面對太空垃圾撞擊威脅時,可主動進(jìn)行機(jī)動規(guī)避。一旦發(fā)生危及航天員生命的突發(fā)狀況,航天員可立刻乘飛船緊急返回。
在軌大于10cm物體已超30000個,與太空垃圾碰撞概率日益增大
此外,神舟飛船/長征二號F這一天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)建立了“發(fā)射一發(fā)、備份一發(fā)”的滾動備份運(yùn)行機(jī)制,即神舟十四號的飛船和長二F遙十四火箭作為神舟十三號的備份,與神舟十三號一同進(jìn)場。
在神舟十三號飛行期間,長二F遙十四火箭時刻矗立在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心的9001總測廠房內(nèi)值班待命。需要時,只需準(zhǔn)備8.5天,便可應(yīng)急發(fā)射,救援空間站上的航天員。
而在正常情況下,火箭從進(jìn)場到正式發(fā)射,可能需要“站立”8個多月。
神舟十三號轉(zhuǎn)運(yùn)時,發(fā)射神舟十四號的長二F遙十四火箭已在隔壁廠房內(nèi)值班待命 | 簡彬 攝
神舟十三號任務(wù)及其3名航天員,注定將載入史冊,創(chuàng)造中國載人航天事業(yè)又一項(xiàng)新的記錄。而這項(xiàng)紀(jì)錄也必將被更多后來者所不斷打破。
在神舟十三號任務(wù)之后,我國還將陸續(xù)發(fā)射天舟四號、神舟十四號、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢天實(shí)驗(yàn)艙、天舟五號、神舟十五號,以完成中國空間站的組裝建造并進(jìn)入正式運(yùn)營階段!
屆時,許多新的面孔,如一些科學(xué)家、飛行工程師及國外航天員,都將有機(jī)會到我國空間站工作生活。
中國空間站一期完全體預(yù)計(jì)將于2022年底建成 | CMS
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