我國三位航天員即將重返地球——奇妙太空之旅細(xì)數(shù)科學(xué)奧秘

來源：新華日報(bào)

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2021-09-08 09:26:09

原標(biāo)題：我國三位航天員即將重返地球——奇妙太空之旅細(xì)數(shù)科學(xué)奧秘

來源：新華日報(bào)

6月17日，神舟十二號載人飛船成功發(fā)射與中國空間站對接。本月中旬，聶海勝、劉伯明、湯洪波3位航天員，將會(huì)離開中國空間站，踏上回家的路，重返地球，完成太空“出差”任務(wù)。

一轉(zhuǎn)眼，3位航天員已在太空生活了近3個(gè)月，讓人好奇的是航天員在太空過得如何？航天員為回家都做了哪些準(zhǔn)備？《科技周刊》記者特邀南大航空航天領(lǐng)域近地空間專家進(jìn)行解讀。

本報(bào)記者張宣實(shí)習(xí)生王鯤鵬

航天員的“小日子”怎么過

兩個(gè)多月來，航天員都做了什么？“從目前公開的資料來看，神舟十二號航天員乘組在軌工作生活期間，先后完成了貨運(yùn)飛船物資轉(zhuǎn)移、天和核心艙組合體管理、大機(jī)械臂操作等工作；開展了兩次出艙活動(dòng)和艙外操作試驗(yàn)，以及多領(lǐng)域的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)試驗(yàn)等任務(wù)。”南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院副教授湯靖師總結(jié)道。

仔細(xì)盤點(diǎn)航天員的太空生活，包括懸浮狀態(tài)下整理內(nèi)務(wù)、安裝無線網(wǎng)絡(luò)、健身、 “飛檐走壁”、睡覺等，甚至還有“太空茶飲”“神攝手”，讓網(wǎng)友們大開眼界。8月31日，中國載人航天工程辦公室官方發(fā)布神舟十二號航天員在軌拍攝的高清大圖。航天員乘組“神攝手”們以航天員第一視角拍攝的太空照片在朋友圈刷屏，堪稱無敵“天景房”，也為太空生活增添一絲趣味。

回顧以往航天員拍的航天器舷窗照片，表面不夠透亮，上面甚至還被太空中的高能粒子“打花”，而反觀此次公開的照片，既透亮，又高清。這中間有什么科學(xué)秘密嗎？湯靖師告訴記者，為解決被高能粒子刮花的問題，我國科學(xué)家發(fā)明了防污染涂層，并涂在航天器舷窗表面上，確保“眼睛”始終明亮如一，從聶海勝乘坐神舟六號飛船開始，拍回的照片“干凈”程度就提升了一個(gè)等級，到今天天和核心艙的舷窗玻璃，更是明亮通透。

別小看這塊玻璃，它可抵得住“冰火九重天”！湯靖師說，航天器上的舷窗玻璃材料必須滿足耐高溫和耐低溫的需求，在近地軌道上，向陽面的溫度可以達(dá)到121℃，背陽面則只有零下157℃，而飛船在返回大氣層的過程中，還要經(jīng)歷上千度的高溫。“舉個(gè)最簡單的例子，普通玻璃杯用冷水涮一下，再倒一杯熱水就會(huì)炸掉，因此，舷窗玻璃材料的突破點(diǎn)在于找到玻璃材料最佳平衡點(diǎn)。”湯靖師說，科學(xué)家們發(fā)明了有機(jī)玻璃解決了此類問題。

除此之外，中國空間站內(nèi)還有不少“領(lǐng)先科技”。“天和核心艙配備了天地視頻通話設(shè)備，以及可以支持航天員收發(fā)電子郵件的測控通信網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備。為了讓航天員吃得更營養(yǎng)、更美味，核心艙里首次配備了加熱食物的微波爐。航天員的洗澡方式也與眾不同，他們在一個(gè)‘包裹式淋浴間’里手持噴槍，用免洗的浴液搓洗全身，用特制的毛巾來擦干。” 湯靖師補(bǔ)充道。

航天員在太空吃得如何？“提前升空的天舟二號貨運(yùn)飛船，早就為3位航天員準(zhǔn)備了豐富的食物。人人皆知的魚香肉絲、宮保雞丁，都出現(xiàn)在航天員的美食列表里。” 湯靖師說，中國空間站還將地面的物流技術(shù)也應(yīng)用其中，借鑒國內(nèi)物流先進(jìn)的管理技術(shù)，航天員通過掃描二維碼的方式，便能獲得貨物的位置信息和產(chǎn)品信息，同時(shí)該系統(tǒng)對產(chǎn)品信息的庫存數(shù)量還能做到動(dòng)態(tài)掌控，把空間站貨物一分一厘的變化都記錄下來，從而確保航天員的工作生活更輕松便捷。

返回地球前要做哪些準(zhǔn)備工作

3位航天員歸程在即，那么他們需要做哪些準(zhǔn)備工作呢？湯靖師形象地總結(jié)為“一搬二關(guān)三回四坐”。

“一搬”，就是航天員們要當(dāng)一回“搬運(yùn)工”。不僅要搬行李，還要“搬數(shù)據(jù)”。3位航天員在中國空間站期間做了很多的實(shí)驗(yàn)，這些具有很高科研價(jià)值的成果都要從天和核心艙搬到神舟十二號飛船帶回地面。“一般來說，航天員離開空間站之前，需要完成艙內(nèi)環(huán)境整理，航天員進(jìn)入核心艙以后搬了很多生活和實(shí)驗(yàn)用品布置自己的‘小家’，在回地球前要把物品挪回原位，部分物品還要綁在空間站內(nèi)壁上，防止漂浮滑落。”湯靖師介紹。

此外，航天員們還需要處理好垃圾，他們在空間站生活期間產(chǎn)生了一些垃圾，這些垃圾整理分類后將會(huì)交給天舟二號貨運(yùn)飛船，待到合適的時(shí)機(jī)，天舟二號會(huì)裝滿垃圾受控離開，墜入大氣層燒毀，以免成為太空垃圾。

在“一搬”結(jié)束后，航天員們進(jìn)入到下一個(gè)步驟“關(guān)”，即關(guān)閉空間站內(nèi)的各個(gè)艙門。航天員接到指令從核心艙返回神舟十二號飛船，即“回”。最后一步是“坐”，航天員坐好系好安全帶，并且檢查航天服的氣密性以及設(shè)備的完好度。湯靖師表示，在神舟十二號之前，載人飛船都從固定的軌道返回地球。空間站任務(wù)中，為了節(jié)省推進(jìn)劑的消耗，軌道位置會(huì)隨著不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以滿足長期停靠的要求，神舟十二號飛船也首次具備從不同高度軌道返回東風(fēng)著陸場的能力，按照慣例，在北京航天飛行控制中心的精確控制下，神舟十二號飛船將完成快速變軌返回地球。

在等待“回家”的期間，航天員還得抓緊鍛煉身體，為返回地球做一些適應(yīng)性的調(diào)整。中國航天員中心航天員系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師王春慧表示，航天員中心有一個(gè)失重生理效應(yīng)的防護(hù)團(tuán)隊(duì)，會(huì)根據(jù)航天員現(xiàn)在的身體狀況，肌肉、骨骼、心血管等方面的情況，做出適應(yīng)性的鍛煉方案，以保證他們回到地球以后能夠更好地進(jìn)行恢復(fù)，有關(guān)方面每天也都會(huì)根據(jù)他們的狀況，提供“鍛煉處方”來進(jìn)行調(diào)整。

航天員“回家”首次用上備份著陸場

據(jù)中國載人航天工程辦公室發(fā)布的消息，神舟十二號3名航天員此次返航的地點(diǎn)不再是過去常用的四子王旗著陸場，而是啟用了東風(fēng)著陸場。在過去，東風(fēng)著陸場一直是四子王旗著陸場的備用，這一次是首次檢驗(yàn)東風(fēng)著陸場的搜索救援能力。

“東風(fēng)著陸場位于巴丹吉林沙漠和戈壁帶，地形條件多樣，既有沙漠、戈壁，也有山地等。這里人煙稀少，人口密度非常低，適合返回艙降落。”湯靖師介紹說，返回艙在返航地球的過程中，會(huì)打開降落傘，降落傘的顏色使用了紅白相間的顏色，十分醒目。該顏色能夠很明顯地和藍(lán)天白云、綠水青山區(qū)分開，引起人們的注意。

地球那么大，返回艙返航的路線是如何規(guī)劃的？湯靖師解釋，返回艙的搜索回收是一個(gè)多系統(tǒng)協(xié)同、接力的過程，首先從返回艙載入大氣層開始，著陸場系統(tǒng)的測控網(wǎng)絡(luò)，就在連續(xù)地對其進(jìn)行跟蹤和測量，實(shí)時(shí)獲取返回景象和彈道數(shù)據(jù)。其次，在返回艙打開主傘至著陸的階段，主要依靠空中力量進(jìn)行搜索，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，直升機(jī)分隊(duì)迅速收攏飛行。在整個(gè)搜索過程中，搜索人員還會(huì)接收到北京中心實(shí)時(shí)推送的預(yù)報(bào)落點(diǎn)信息，引導(dǎo)地面和空中各分隊(duì)向指定區(qū)域靠攏，搜索目標(biāo)。

在航天員的“回家”之旅還會(huì)有“小插曲”。神舟十二號在返回時(shí)，服務(wù)艙會(huì)攜帶著返回艙進(jìn)入到返回軌道附近，之后服務(wù)艙會(huì)和返回艙分離，由返回艙獨(dú)自返回地球。在返回地球時(shí)，會(huì)遭遇“黑障區(qū)”。

湯靖師解釋，“黑障”就是返回艙在返回地球時(shí)，由于速度過快，導(dǎo)致飛船表面和周圍氣體摩擦，產(chǎn)生巨大熱量，在飛船表面形成高溫等離子氣體層，而這層會(huì)將電磁波屏蔽掉，使得飛船與地面失去聯(lián)系。飛船在經(jīng)歷“黑障”時(shí)，外界無法與返回艙的航天員進(jìn)行交流，而這段時(shí)間速度又非常快，所以這個(gè)時(shí)刻對航天員的心理素質(zhì)，以及隨機(jī)應(yīng)變能力要求非常高。

神舟十二號飛船的返回任務(wù)即將開始。據(jù)介紹，神舟十二號飛船著陸之后，神舟十三號飛船預(yù)計(jì)將會(huì)在今年10月份發(fā)射，在空間站執(zhí)行為期6個(gè)月的任務(wù)。和神舟十二號飛船一樣，神舟十三號飛船乘組也有3名航天員，只不過3名航天員究竟是誰，目前還沒有公布。讓我們一同期待神舟十二號的順利返航。