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神舟十三号升空,天宫迎来又一批访客

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果壳 2021-10-16 01:24

北京时间10月16日0时23分53秒,长征二号F遥十三运载火箭在酒泉卫星发射中心921工位点火,在升空582秒后,搭载航天员翟志刚、王亚平、叶光富的神舟十三号载人飞船顺利进入预定轨道

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长征二号F遥十三火箭发射升空 | 人民日报

随后,飞船进入快速交会对接模式,将在6个多小时内进行多次机动变轨,于清晨6时许完成与空间站天和核心舱节点舱的径向交会对接。中国空间站将迎来它的第二批造访者。

神舟十三号是我国第8次载人航天飞行任务,也是中国空间站的第2次载人飞行任务,还是空间站关键技术验证阶段的收官之战

神舟十三号飞行任务标识 | CMS

神舟十三号航天员乘组将在轨驻留6个月,任务主要目标为验证中国空间站建造相关技术,为我国空间站后续建造及运营任务奠定基础。

此后,中国空间站工程将由关键技术验证阶段正式转入在轨建造阶段。

中国空间站建设阶段历次飞行任务图 | 微博@Vony7

神舟十三号航天员乘组

神舟十三号正式乘组的3名航天员为:翟志刚(下图中)、王亚平(下图右)、叶光富(下图左),指令长为翟志刚。

神舟十三号载人飞行任务乘组定妆照 | CMS

乘组构成仍为“两老带一新”,其中翟志刚和王亚平分别执行过神舟七号和神舟十号任务,此次任务是他们的第二次飞行,叶光富则是首次飞行。

翟志刚定妆照 | CMS

翟志刚,55岁,特级航天员,专业技术少将军衔,曾为空军一级航天员。1998年入选我国首批航天员。

翟志刚在神舟七号任务出舱时挥舞国旗 | 央视新闻

在2008年9月25日至27日的神舟七号飞行任务中,担任指令长,并实现了中国人的首次太空出舱活动,因此获“航天英雄”荣誉称号。他的“我已出舱,感觉良好”至今仍是中国航天的佳话。

王亚平定妆照 | CMS

王亚平,41岁,一级航天员,大校军衔,曾为空军二级飞行员。2010年入选我国第二批航天员。

神舟十号任务时的王亚平在天宫一号内进行太空授课 | 张晓光 摄

2013年6月执行神舟十号飞行任务,并进行了我国首次太空授课,因此获“英雄航天员”荣誉称号。

叶光富定妆照 | CMS

叶光富,41岁,二级航天员,大校军衔,曾为空军一级飞行员。2010年入选我国第二批航天员。

叶光富与美、俄、西、日的5名宇航员参与2016年国际洞穴训练 | ESA

本次任务是他执行的首次载人航天飞行任务,此前他曾参加2016年在意大利撒丁岛的欧空局国际洞穴训练。

叶光富为德国宇航员马天讲解救生衣使用方法 | CMS/Seger Yu

十分凑巧的是,此前来华参加训练的德国宇航员马蒂亚斯‧毛雷尔(Matthias Maurer,自取中文名为马天),也将在本月30日搭乘SpaceX的Crew-3载人龙飞船前往国际空间站,开始他的首次飞行任务。在未来,他很可能将造访中国空间站。

神箭遥十三的飞天之路

神舟十三号飞船重约8吨,为轨道舱-返回舱-推进舱三舱构型。

  • 返回舱是航天员起飞和返回所在地,可谓是庇护所,也是指控中心;
  • 推进舱为飞船提供动力、能源,并带有环境控制和通信等部分设备;
  • 轨道舱则是航天员在飞船独立飞行时进行休息、餐饮、如厕的地方,也是飞船通往空间站的必经通道,在其顶部安装有对接机构。

量产型神舟飞船结构示意图 | BWFrank

神舟十三号飞船的发射,由至今100%成功的“神箭”长征二号F运载火箭承担。长二F特有的逃逸塔结构可在发射遭遇故障时启动,使飞船脱离危险,保证航天员的生命安全

此次发射的遥十三箭与6月发射神舟十二号的遥十二箭有点儿不同,其一二级级间段加上了一层厚厚的保温泡沫,以保护火箭不受发射场10月份夜晚低温的影响。

垂直转运时的长征二号F遥十三运载火箭(注意还未安装尾翼) | 微博@摄影师崔小熊

因为要与中国空间站进行交会对接,神舟十三号的发射窗口十分严苛,一般只有那特定的2分钟时间。发射时,空间站几乎就在发射场头顶上空。如果因故错过,就需要再等上一天或更久。

中国空间站于10月16日00:18-00:29过境酒泉发射场,且中天高度为90度 | Heavens-Abobe

神舟十三号从我国唯一的载人发射场酒泉卫星发射中心起飞后,一路向东偏南方向飞行,途经内蒙、宁夏、陕西、山西、河北、山东等省,最终在黄海上空入轨,进入了200 × 356千米 × 41.5°的轨道。在进入远望3号的测控区域,即起飞后约12分钟后,太阳帆板展开。

发射时,沿途区域按惯例设立了一条长带状的禁飞区,一时间飞机纷纷让路,颇为壮观。此外,在黄海海域和鄂湘赣区域各设立了一个应急降落区,以供飞船应急情况下的返回。

神舟十三号飞行路径示意图 | 本文作者

与神舟十二号相同的是,神舟十三号仍然采用自主快速交会对接模式,凭借飞船的“智慧大脑”和“矫健身姿”,在多次变轨后,将仅用6.5小时(绕地球飞4圈多)便能追上空间站。

神舟十三号对接前的中国空间站三舱组合体状态 | BACC/我们的太空/B站@神舟十号SZ10

与神舟十二号的前向交会对接不同的是,神舟十三号与核心舱将进行径向交会对接

这是因为现在天舟二号“占据”了前向对接口。在今后空间站运营阶段,同时对接两艘载人飞船时,将会经常遇到此类情况,因此神舟十三号的首次径向交会对接是十分必要的技术验证

神舟十三号径向交会对接示意图 | 央视

对接完成后的中国空间站,将形成以天和核心舱 + 天舟二号货运飞船 + 天舟三号货运飞船 + 神舟十三号载人飞船所构成的四舱(船)组合体,总吨位将首次突破50吨

验证空间站关键技术

在四舱(船)组合体运行期间,神舟十三号将验证空间站组装建造关键技术,其任务内容包括:

  • 开展机械臂辅助舱段转位试验,由航天员操作机械臂控制天舟二号货运飞船,将其从目前的前向对接位置转移至空间站两侧的停泊口;
  • 手控遥操试验,像飞无人机一样,远程控制天舟二号的姿态调整、机动飞行及与空间站的交会等。

神舟十三号航天员操作机械臂辅助天舟二号转位 | 央视

将于明年发射的两个重约22吨的实验舱,它们的组装建造就必须采用这种机械臂辅助舱段转位技术,因此神舟十三号所开展的技术验证不可谓不关键。

天和核心舱机械臂辅助梦天号实验舱转位至第2象限停泊口 | 航天科技五院

也许有人会问,就不能直接对接到停泊口嘛?

答案是,还真不能。

相比对接口,停泊口没有安装对接所需的各类敏感器,强行主动对接会变成“盲人摸象”,因此实验舱只能先对接到前向对接口上,然后再依赖机械臂的帮助转移到侧向停泊口上。

天和核心舱具有前向、后向、径向3个对接口和2个侧向停泊口 | CMS

天舟二号在完成以上关键技术验证后,将择机撤离空间站,并受控离轨、再入大气销毁。届时,空间站又将恢复三舱组合体的状态。

此后,神舟十三号乘组将择机进行2-3次出舱活动,安装大小机械臂双臂组合转接件及悬挂装置,为后续空间站建造任务作准备。王亚平将由此成为中国首位实施出舱活动的女航天员

用于出舱的脚限位器和操作台已固定在天和核心舱节点舱外 | Seger Yu

神舟十三号乘组在空间站的日常工作,自然少不了航天医学、微重力物理领域等各类空间科学实验、应用与技术试验,以产出高水平科学成果。

天和核心舱内的无容器材料实验柜和高微重力实验柜 | Seger Yu

在此之余,神舟十三号还将开展多样化科普教育活动,应当会同神舟十二号一样,进行多次天地连线,与学生及普罗大众通话互动。

其中最令人关注的是,王亚平将开展她的第二次太空授课

2013年执行神舟十号任务的王亚平在天宫一号内进行首次太空授课的情景 | 央视

作为空间站未来建造和运营阶段的探路者,神舟十三号任务最主要的目的还是验证航天员在空间站在轨驻留6个月的健康、生活和工作保障技术

长期的失重和空间辐射环境对航天员的身体将不可避免产生各种影响,典型如心肺功能下降、骨质疏松、肌肉萎缩等。

神舟十二号航天员在完成太空生活3个月后,刚返回地面时无法行走,就明显体现了长期失重对人体的影响,而重新适应重力环境需要为期半年的恢复训练。

神舟十二号乘组刚返回时,无法长时间行走站立 | 新华社

因此,在太空中工作生活半年是神十三航天员乘组所需面临的最大考验,他们将在实践中为中国航天员常态化半年在轨驻留摸索经验。同时,神十三任务也将全面考核包括生命保障系统在内的各系统执行空间站任务的功能性能,以及系统间的配性。

不同于其他航天任务,载人飞行任务必须做到一丝不苟,万无一失,毕竟航天员的生命安全绝不容有失。为此,空间站准备了4800余条应急预案,在面对太空垃圾撞击威胁时,可主动进行机动规避。一旦发生危及航天员生命的突发状况,航天员可立刻乘飞船紧急返回。

在轨大于10cm物体已超30000个,与太空垃圾碰撞概率日益增大

此外,神舟飞船/长征二号F这一天地往返运输系统建立了“发射一发、备份一发”的滚动备份运行机制,即神舟十四号的飞船和长二F遥十四火箭作为神舟十三号的备份,与神舟十三号一同进场。

在神舟十三号飞行期间,长二F遥十四火箭时刻矗立在酒泉卫星发射中心的9001总测厂房内值班待命。需要时,只需准备8.5天,便可应急发射,救援空间站上的航天员。

而在正常情况下,火箭从进场到正式发射,可能需要“站立”8个多月。

神舟十三号转运时,发射神舟十四号的长二F遥十四火箭已在隔壁厂房内值班待命 | 简彬 摄

神舟十三号任务及其3名航天员,注定将载入史册,创造中国载人航天事业又一项新的纪录。而这项纪录也必将被更多后来者所不断打破。

在神舟十三号任务之后,我国还将陆续发射天舟四号、神舟十四号、问天实验舱、梦天实验舱、天舟五号、神舟十五号,以完成中国空间站的组装建造并进入正式运营阶段!

届时,许多新的面孔,如一些科学家、飞行工程师及国外航天员,都将有机会到我国空间站工作生活。

中国空间站一期完全体预计将于2022年底建成 | CMS

果壳将持续关注神舟十三号的最新进展,预祝神舟十三号飞行任务乘组顺利完成6个月的巡天使命!

作者:Phil Leaf

编辑:Steed

本文来自果壳,未经授权不得转载.

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