神舟十二号 欢迎回家
2021-01-25本刊综合
终于,在太空生活工作了90天的神舟十二号航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波安全返回了祖国母亲的怀抱。
9月17日,乘着红白相间的巨大伞衣,神舟十二号载人飞船返回舱在位于巴丹吉林沙漠的东风着陆场安全着陆,至此,中国空间站建造阶段首次载人飞行任务取得圆满成功。
回家的日子,总是洒满了阳光。荒漠寒霜,戈壁疏黄,光与影交错,将英雄归家路渲染得格外绚烂。
当第一缕阳光洒进东风着陆场,发动机的轰鸣叩醒了这片沉寂的荒原。
北京时间9月17日13时34分,神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆,执行飞行任务的航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波安全顺利出舱,身体状态良好,中国载人航天空间站阶段首飞完美收官。
三个月前,神舟十二号载人飞船从东风航天城腾空,将三名航天员送上太空。
三个月后,金色戈壁再揽神舟入怀。
秋色正好,胡杨渐黄,中国载人航天事业在新的阶段走出了铿锵的步伐。
返回:一场高水平特技表演
“回收着陆是载人飞船飞行任务的最后阶段,也决定着飞行任务的最终成败。”中国航天科技集团五院神舟十二号载人飞船副总设计师邵立民表示,为了护佑航天员安全回家,科研人员为神舟十二号飞船研制了高可靠性和安全性的回收着陆系统,确保飞船返回舱走稳归航的“最后一段路”。
具体来看,回收着陆系统由多个子系统组成,包括结构、降落伞、着陆缓冲、程序控制等多种类型产品。“整个回收工作过程包括了10余项过程控制,各程序动作连贯,环环相扣,堪称一场高水平的特技表演,每个环节都不能出错。”邵立民说。
精测高度:开启回家“大幕”
在神舟十二号飞船在轨飞行过程中,回收着陆系统只是在返回舱内静静守候,直到飞船返回舱穿过大气层,自由下落至距地10公里高度时,由静压高度控制器判断高度,并发出回收系统启动信号,回收着陆系统才开始工作。
邵立民说,静压高度控制器只是程序控制子系统的设备之一,整个程序控制的“幕后成员”还包括回收配电器、火工控制器、程序控制器、行程开关等,它们分工明确,各司其职,就像人类大脑的不同区域,通过发出程序控制指令信号,控制着“台前”各执行机构完成规定的弹伞舱盖拉引导伞、拉减速伞、减速伞分离拉主伞、主伞解除收口、抛防热大底、转垂挂等一系列不可逆的动作。
逐级开伞:从高铁速度降到跑步速度
1200平方米的降落伞,在飞船返回舱降落时不能一下子全部打开,否则伞会被空气崩破。
邵立民说,设计师们为飞船量身定制了一套三级开伞程序,先打开两个串联的引导伞,再由引导伞拉出一顶减速伞。减速伞工作一段时间后与返回舱分离,同时拉出1200平方米的主伞。这一系列动作成功将飞船返回舱从“高铁的速度”降到“普通人跑步的速度”。
邵立民表示,为了防止减速伞和主伞张开瞬间所承受的力太大,减速伞和主伞均采用了收口技术,也就是说,放慢傘绳从收拢到散开的过程,让1200平方米的大伞分阶段张开,保证整个开伞过程的过载处于航天员体感可承受的范围。
“航天员也正因为感受到这一连贯动作的晃动,才能确认回收系统工作正常。”邵立民说。
火箭反推:让返回舱软着陆
防热大底是飞船进入大气层后的“铠甲”,等主伞完全打开后一会儿,飞船返回舱就会抛掉这身“铠甲”,伽玛高度控制装置开始工作,通过发射γ射线,实时测量距地高度。
邵立民说,当飞船返回舱降至距离地面1米高度时,返回舱底部的γ表发出信号,“指挥”飞船返回舱上的4台反推发动机点火,给返回舱一个向上抬的力,使返回舱的落地速度进一步减小,确保航天员着陆安全。
故障预案:考虑一切可能发生的紧急情况
由于飞船返回舱在返回过程中处于高速运动的状态,一旦中途出现故障,外界无法采取营救措施,也不可能将程序暂停或恢复到原位重新开始。因此,回收着陆系统的工作过程只能是由一系列不可逆、按时序执行的动作组成。
邵立民介绍,为保证航天员的生命安全,提高回收着陆系统工作的可靠性和安全性,设计师们想到了一切可能发生的紧急情况,为回收着陆系统设置了9种故障模式,涉及正常返回、中空救生、低空救生3种基本返回工作程序,采取了备份降落伞装置、时间控制器、三组高度开关等多种备份措施,以全面保证返回舱在火箭发射段、上升段、正常返回和应急返回段的安全。
落点标位:助力搜救快速定位
邵立民说,神舟飞船返回舱安全着陆后,为保证地面搜救系统及时搜索到返回地面的返回舱,除布设一定数量的雷达,跟踪测量返回舱轨道并预报落点位置外,设计人员还为返回舱上安装了自主标位设备,告诉搜救人员“我在这里”。
“标位设备以发送目标救援组织规定频率和格式的无线电设备为主,犹如大海中明亮的灯塔指引着方向。”邵立民说。
返回舱落地后,国际救援示位标会发射无线电信标信号,这种信标信号符合国际通用标准,能够被岸站遍布世界各地的全球海事卫星搜救系统所识别,从而确保搜救人员能够快速找到返回舱。
邵立民说,为方便夜间寻找返回舱,飞船返回舱的“肩部”位置还装有闪光灯,直升机据此能在夜间发现返回舱。一旦发生意外,返回舱落在茫茫大海里,返回舱底部装的海水染色剂会缓慢释放,将附近水面染成亮绿色,持续时间可达4小时,为飞机和救捞船提供引导。
9月17日13时34分,返回舱在预定区域着陆,落点近乎完美。
降落:航天员“回家”首次用上备份着陆场
这是东风着陆场迎回的第一艘载人飞船。从此以后,东风着陆场将以主场身份,成为载人飞船出发与回归的母港。
具备三大优势
这是东风着陆场迎来的第一艘载人飞船,因此,对于东风着陆场来说是建成以来的一次全面检验和考核。
东风着陆场位于酒泉卫星发射中心东部,地处巴丹吉林沙漠和戈壁带,地域辽阔,人烟稀少。从神舟一号到神舟十一号,东风着陆场一直作为载人飞船气象备份着陆场。神舟十二号飞船搜索回收任务是东风着陆场由备份变主场后,首次执行航天员搜救任务。
东风着陆场区地形多样,除了沙漠、戈壁,还有山地、湖泊等。在谈及其特点时,我国载人航天工程着陆场系统副总设计师卞韩城表示,基本涵盖了需要进行试验的各种着陆地形,实践意义非常大。
卞韩城介绍说,与四子王旗着陆场相比,东风着陆场至少具备三大优势。
一是仅需一支搜救力量即可满足各任务段的搜救任务需求。卞韩城说,依托酒泉卫星发射中心建设东风着陆场,部署一支搜救力量,就可在发射、运行、返回各个任务段执行多样化搜救任务,不仅可以搜救飞船回收舱,还可以搜索火箭残骸和完成航天员应急搜救任务常态化值守。
二是东风着陆场建设维持费用低,搜救能力强。可以依托酒泉卫星发射中心的人力资源和测控、通信、气象、医疗、运输与后勤保障等设施设备,以规模有限的专业搜救力量为主,随时可组成功能体系完备、专业门类齐全的搜救队伍,能更好地统筹利用资源,既可降低着陆场建设和维持费用,又可保持强大搜救能力。
三是可带动和促进地方经济发展。东风着陆场位于戈壁沙漠,这里人烟稀少、草场和耕地很少,暂无大规模经济建设规划,着陆场不仅不会影响地方原有的经济建设,还可通过发展航天旅游产业带动地方经济发展。
刻苦训练,精心准备
着陆场所在的巴丹吉林沙漠,享有“上帝画下的曲线,苍天缔造的神奇”美誉,不过其地形复杂,沙丘起伏落差大,极易遮挡视线。当地还流传着这样一句话叫“一年一场沙,从冬吹到夏”,这就提高了搜索处置和运输的难度。
“以最可靠、最安全、最温暖的方式迎接航天员凯旋!”为了这一目标,东风着陆场系统进行了20多项技术改造,构建了多专业搜救力量体系,多批次开展战法推演和训练演练。在号称“死亡之海”的荒漠戈壁上硬是蹚出一条条新路。
据介绍,着陆场系统组建1支直升机搜救分队、1支搭载伞降队员的固定翼飞机搜救分队、1支地面搜救分队(分成3个小组),着陆区以外周边3旗3县1市地方政府准备了近20支搜救预备队。
任务准备中,他们分片区对着陆区进行全面勘察,充分掌握着陆场地形地貌、重点目标、道路交通、牧民分布等情况,为任务排兵布阵、落区安全管控提供详实依据;组织全员普训,组建通信、无人机等集训营,按照授课、实操、演训、考核4个步骤,对所有定岗人员进行集中强化培训。
针对地形复杂、直升机无法降落等难点,组建集训队,开展野外生存、索降滑降、极限体能、沙漠越野等风险科目训练;针对新着陆场陌生地域,搜索分队多次组织空中勘察,在不同地形组织试飞试降,为应急搜救任务提供有力的空中保障;针对待发段和上升段陆上应急救生任务,组织空地分队进行协同训练和系统演练,通过“训练演练+复盘总结”持续夯实参试能力。
“阿拉善,返回舱出现大范围偏差,请你指挥搜救分队就近前往搜索!”听到指令后,布阵在弹道返回着陆区的阿拉善民兵搜救力量即刻往模拟落点区域奔袭。这是9月14日全系统综合返回演练的惊险场景。任务前,东风着陆场组织了多次全系统综合演练,预设各类异常情况,检验异常情况下着陆场搜索救援能力和航天员医疗救护、后送能力。
东风着陆场搜索区域达几万平方千米,有戈壁、沙漠、山地、盐碱地、梭梭林地、湿地、水域等七种典型地形地貌,难于搜索。如果遇上风、雨、雪、沙尘暴,会更困难。如果搜索时间延误到晚上,就会难上加难。“我们必须充分预想异常天气、异常地域、异常信息等极端情况,预案多想一层,航天员安全就多一分。”卞韩城说道。
搜救分队的队员们“开着车像犁地一样”,对着陆区山地、沙漠、盐碱地、梭梭林地、水域进行了全面勘察, 并将不同地貌与雨、雪、风、沙、尘等天气现象和夜间、昼间不同时段结合,确定了6大类30余项可能影响搜救任务实施的关键异常情况。
“这群搜救队员始终把确保‘舱落人到’作为最高准则,要做到测量通信立体连续,落点预报快速准确,搜索救援舱落人到!”卞韩城说。
回家:太空出差90天 航天员平安回家
9月17日14时10分许,三名航天员汤洪波、聂海胜、刘伯明依次出舱,神舟十二号载人飞行任务取得圆满成功!神舟十二号航天员乘组在空间站组合体工作生活了90天,刷新了中国航天员单次飞行任务太空驻留时间的纪录。
太空生活收获多多
夏去秋来,神舟十二号航天员乘组在空间站组合体工作生活了90天。这90天,是中国航天又一个崭新的刻度。
3个月来,神舟十二号完成了在轨组装建造、维护维修、舱外作业、空间应用、科学试验以及空间站监控和管理等一系列任务,进一步验证载人天地往返运输系统的功能性能,全面验证航天员长期驻留保障技术,在轨验证航天员与机械臂共同完成出舱活动及舱外操作的能力。
而90天里,“太空出差三人组”工作与生活的点点滴滴,更为地面上的人们展示了一个充满浪漫与奇幻的太空世界。
巡天太极、筷子夹茶水、太空动感单车、空间站折叠厨房……一系列新奇而有趣的“太空细节”将遥远神秘的深空拉近至普通人的身边。
9月16日8時56分,神舟十二号载人飞船与空间站天和核心舱成功实施分离。分离前,航天员乘组在地面科技人员的配合下,完成了空间站组合体状态设置、实验数据整理下传、留轨物资清理转运等撤离前各项工作。
不要小看这一步骤,空间站内的物资去留非常有讲究。中国航天科工二院二〇六所十室主任崔广志表示,以空间站的尿处理子系统为例,自6月24日转入有人工作模式以来,已处理28箱尿液(约616升),产生23箱尿蒸馏水(506升)。它使用的尿过滤器组件将随神舟十二号乘组下行进行分析。9月20日下午成功发射的天舟三号货运飞船就搭载尿处理子系统的内部钙去除组件、尿过滤器组件和蒸馏废气处理装置等多件消耗品上行,届时航天员将在轨更换这些设备,保证尿处理子系统处于最佳在轨运行状态。
神舟十二号载人飞船撤离后,与空间站组合体完成绕飞及径向交会试验,为后续载人飞行任务奠定了重要技术基础。
接受医监医保人员的检查
航天员着陆后的第一件事情是接受医监医保人员的检查。
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍道,航天员着陆后,一般先由返回舱处置人员先检查舱体外观,拆除在大底的γ高度计的γ射线源,防止辐射带来的危害。接着,打开返回舱舱门。
“随后,医学监督和医学保障人员(下称“医监医保人员”)进入返回舱对航天员健康状况进行初步的医学检查和确认,在返回舱内协助航天员初步对地面重力进行再适应,包括肢体运动,逐步站立适应,补充饮用水和营养液。”庞之浩说。
庞之浩解释道,由于神舟十二号航天员飞行了3个多月,航天员在太空的工作量大,比较疲劳,立位耐力下降较多,所以航天员着陆后需在舱内用较长时间来适应地面重力环境,然后在工作人员协助下出舱,并且出舱后所有活动全部采取坐位,以确保安全。“这是因为航天员在长期失重环境中生活和工作后,会出现骨质疏松、肌肉萎缩等问题,如果自己走容易摔倒甚至骨折。”
医监医保人员协助航天员脱下航天服,实施卫生清洁,更换内衣;对航天员进行体检,采集样本,收集生理数据;评价航天员的健康状况,给予必要的医监医保处置;送航天员登机并全程陪护。
“如果遇到航天员出现伤病时,现场的医疗救护人员要利用现场医疗技术和保障条件,对航天员实施必要的紧急现场医学处置,包括骨折固定,创面或伤口止血和包扎等。”庞之浩说。
需要半年时间恢复适应
中国载人航天工程航天员系统总设计师黄伟芬在接受央视专访时表示:“循序渐进,需要长期跟踪,到半年的时候,我们预期航天员能够参加正常的生活、工作和一般的训练。动态的跟踪、维护和观察等工作要至少一年,这要根据他们的身体情况来安排。”
据介绍,三名航天员在轨驻留三个月,这是一个突破性的进展。而这样长的周期,对人体的各种生理功能、心血管系统、骨骼肌肉系统、平衡系统等是一个综合的考验。
在太空中驻留的时间越长,重力再适应难度就会越大。安全落地离开返回舱后,让航天员坐在椅子上,就是为了让他们有一个逐渐适应地球重力的过程。其实航天员在临近返回时也进行了相应的准备。
三名航天员返回地球后还要进行为期半年的恢复训练。中国航天员科研训练中心航天员医监医保室主任徐冲表示,一些运动的能力,心肺功能,平衡能力,一些精细动作,都要返回地球以后逐渐适应。两个月以后,他们可以参加一些正常的体质训练。
除了身体上的恢复,航天员还将接受心理上的恢复性引导。中国航天员科研训练中心航天员选拔训练室副研究员赵静介绍:“因为航天员所处的空间站毕竟是一个狭小的环境,我们会引导他们跟社会衔接。实际上,在轨期间,我们也对航天员进行了大量的心理支持,每天上传新闻联播,上传一些热点事件消息。目前对于这种人与人互动的交往,我们会有一些相容性的训练,让他们尽快地融入组织,融入社会。”
开舱:载人飞船返回舱“乘客”亮相
9月27日下午3点,神舟十二号载人飞船返回舱在其“娘家”——北京航天城内的中国空间技术研究院开舱。陪伴三位航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波巡游太空归来的“乘客”一一精彩亮相。
开舱指令下达,缓缓升起的高空作业车将工作人员送上返回舱顶部。工作人员熟练地拧动一把特殊“钥匙”。
打开了!一瞬间,现场响起热烈的掌声。
工作人员进入舱内,取出搭载物品包。北京市方圆公证处公证人员现场公证,检查物品包后,相关负责人对搭载物品逐一移交。这些物品包括中巴旗帜和证书、纳米比亚国旗和证书、特色作物种子、青少年科普试验物品、袁隆平院士画像等。
现场,中国载人航天工程办公室主任郝淳,我国首飞航天员、航天英雄、载人航天工程副总设计师杨利伟,西安卫星测控中心副主任方旭来等,分别向巴基斯坦驻华代表移交搭载的中巴旗幟和证书,向纳米比亚驻华代表移交搭载的纳米比亚国旗和证书,向中国关心下一代工作委员会移交青少年科普试验物品,向云南省、宁夏回族自治区、航天育种产业创新联盟等移交搭载的特色作物种子。
据介绍,中国载人航天工程立项实施至今,始终秉持为人类和平开发外太空、为人类可持续发展做贡献的理念,高度重视国际友好协作项目的开发,重视服务国计民生、服务百姓生活。自神舟一号飞行任务开始,历次任务中都搭载了具有科研价值或社会效益的公益项目,在服务带动科学研究、农业发展、产业升级等方面发挥了积极作用。(本刊综合)