天宫-1与神舟-9载人交会对接任务圆满成功

2012-06-11 06:53武苑
国际太空 2012年7期
关键词:景海鹏舱门返回舱

□□经过约13天的太空飞行,2012年6月29日10:03,神舟-9载人飞船(以下简称神舟-9)返回舱顺利降落在内蒙古中部主着陆场预定区域,航天员景海鹏、刘旺和刘洋健康出舱。至此,天宫-1与神舟-9载人交会对接任务全面实现了“准确进入轨道、精准操控对接、稳定组合运行、安全健康返回”的总目标,称得上“结果圆满、过程完美、成果丰硕”。

这次任务在我国载人航天史上创造了多个第一:它是长征-2F火箭和“神舟”载人飞船重大改进以后的首次载人飞行;航天员首次完成手动控制交会对接任务;航天员首次进驻在轨人造天体—天宫-1目标飞行器;女航天员首次登天……航天员在太空的飞行时间也是我国载人航天有史以来最长的一次。在任务期间,完成了一系列的科学实验和技术试验,突破了一系列的关键技术,取得了一大批宝贵的科研数据,为我国航天载人技术发展奠定了基础,使我国对太空的认识、对载人航天规律特点的认识更加深刻全面。

1 简要回顾

2012年6月16日18:37:24,神舟-9载3名航天员由长征-2F遥9运载火箭成功发射,准确入轨。飞船入轨后,经地面远距离导引和自动控制飞行,于6月18日14:14,在距地面高度343km的近圆轨道上,与天宫-1目标飞行器成功实现自动控制交会对接,形成组合体,18日17:07,航天员景海鹏率先进驻天宫-1,随后,刘旺、刘洋依次进驻。

6月24日11:12,天宫-1与神舟-9组合体分离,神舟-9自动撤离至距天宫-1目标飞行器400m停泊点处。随后,神舟-9以自动控制方式逐渐接近天宫-1,至140m停泊点时,神舟-9转由航天员刘旺手动控制。在航天员景海鹏、刘洋的密切配合下,刘旺操作姿态控制手柄和平移控制手柄,控制神舟-9向天宫-1接近。12:55,二者成功对接,第2次形成组合体,航天员再次进入天宫-1。组合体飞行期间,3名航天员开展了一系列的空间科学实验和技术试验。

6月28日09:24,航天员刘旺手动控制神舟-9与天宫-1再次分离,并撤离至140m停泊点,飞船转为自动控制,继续撤离至5km外的安全距离,并开展了重入自动控制至140m停泊点的交会飞行试验。2012年6月29日09:17,神舟-9进入返回程序,于当天10:03准确降落在预定区域。天宫-1与飞船分离后抬高运行轨道,进入高度约370km的长期运行轨道。

在这次任务中,发射场系统实现了零窗口发射,长征-2F遥9火箭的入轨精度是至今我国所有载人飞行中最高的一次。在13天的飞行中,3名航天员配合默契、沉着冷静、操作精准,各项工作和自己的生活都非常顺利。测控通信系统高精度的测量控制,顺畅地保证了通信任务的完成。着陆场系统对返回舱的回收迅速、准确,使航天员健康出舱。整个飞行过程的所有重要事件都是按照预定计划进行的。

长征-2F遥9火箭在酒泉成功发射神舟-9飞船(秦宪安/摄)

2 首次对接

为了满足神舟-9精确入轨的要求,长征-2F遥9运载火箭进行了数十项技术状态更改,进一步提高了可靠性和安全性。它扩展了软件功能,更新了导航系统,以实现精确入轨,节省调姿、变轨消耗的推进剂,为航天器后续在轨运行提供了更好条件;在研制中,用多媒体设备记录了火箭生产的全过程,照相6954张,摄像161段;在肉眼无法实别的部位增加了内窥镜检查,为火箭做了“全身体检”;还提升了舒适性,让航天员上天时身体更舒服。

神舟-9升空后,原定在测控通信系统的导引下,用2天时间进行5次变轨,但由于科技人员的精测妙控,神舟-9在与天宫-1交会对接前只实施4次变轨就被准确导引至天宫-1后下方52km处的交会对接入口,从而节省了燃料。

6月17日01:30,神舟-9在飞行第5圈时,进行了第1次远距离导引控制(变轨),把神舟-9的近地点抬高;6月18日05:43,神舟-9在飞行第24圈时,第4次远距离导引控制(变轨)。6月18日10:24,航天员进行神舟-9转入自动控制前的两舱状态设置。6月18日11:47,神舟-9飞行在第29圈时位于天宫-1后下方约52km处,这时神舟-9稳稳地利用所携带的测量装置捕获到天宫-1,与其建立稳定的空空通信链路,从而转入自动控制段。

6月18日11:47开始的自动控制段又细分为3个阶段,即52~5km的寻的段,5km~140m的接近段,从140m到对接机构接触的平移靠拢段。从相距52km距离到对接,为了保证每一步准确对接,降低风险,中间设了4个停泊点,它们分别是5km、400m、140m和30m。

12:07,飞船上的激光雷达开机。12:41,飞船进入5km停泊点。13:45,飞船从400m停泊点慢慢飞向140m停泊点,在这个停泊点建立了天宫-1上十字靶标图像,对接机构被缓缓推出,然后以0.2m/s的相对速度慢慢靠近天宫-1。14:01,神舟-9进入30m停泊点,地面对对接准备状态进行最终确认。

14:05,喀什测控站发出指令:“飞船转向最后靠拢。”此时飞船上的十字参考坐标与天宫-1上的十字靶标精准“吻合”。

航天员景海鹏(中)、刘旺(左)、刘洋(右)在飞船模拟器内进行上升段操作训练(秦宪安/摄)

6月18日在北京航天飞控中心的大屏幕上显示的神舟-9与天宫-1交会对接画面

14:07,神舟-9通过自动控制方式进入对接段。2min后,神舟-9与天宫-1对接环轻轻接触。经过捕获、缓冲、拉近和锁紧4个过程,二者建立了刚性连接,形成组合体。

14:14,青岛测控站发出消息:“对接完成!”

14:00-22:00,在神舟-9飞行第30圈至35圈(天宫-1飞行第4135圈至4143 圈),神舟-9处于停靠状态,天宫-1内各项设备设置为有人状态。

神舟-9与天宫-1的首次交会对接与2011年神舟-8与天宫-1年的首次无人交会对接相比有四大调整:一是飞船手动控制系统首次加电,这是此次自动交会对接的一项重要备份手段,在自动交会对接过程中出现异常情况时,可以由航天员实施手动对接或分离;二是从400m停泊点到对接接触全过程在阳照区内进行,以进一步考核光学测量设备在阳照条件下的测量精度和抗光干扰能力,对地面控制的及时性和应急能力也是严峻考验;三是载人飞船与天宫-1实现空间连通,航天员首次进入在轨的天宫-1并开展工作;四是应急手段进一步完善,与首次无人交会对接任务相比,这次增加了50多种应急交会对接模式,进一步提高了应急情况下成功实施自动对接的可靠性。

6月18日神舟-9与天宫-1交会对接的视频截图

3 首次进“宫”

神舟-9和天宫-1实现刚性连接后, 6月18日14:44,航天员顺利打开神舟-9返回舱舱门,进入轨道舱;16:05,航天员完成了对接通道检漏与充压,顺利打开轨道舱前舱门,进入对接通道。在对对接机构进行约3h的充气、密封性检漏,以及使天宫-1与神舟-9两侧的舱内压力平衡等工作之后,17:06,航天员景海鹏用钥匙成功打开了天宫-1实验舱舱门,并于17:07以漂浮姿态首次进入天宫-1。随后,航天员刘旺、刘洋陆续进入天宫-1。19:15,航天员在天宫-1内开始进行仪器设备的在轨更换、安装和试验。对接后,由天宫-1负责组合体飞行控制,神舟-9处于停靠状态,如果天宫-1出现故障,神舟-9可以立即进行“替补”。组合体内部环境的统一控制是未来载人空间站运行的重要技术。

需要说明的是,神舟-9与天宫-1对接后会有一个真空的对接通道,航天员开舱门之前必须把对接通道充气到1个大气压左右,使两舱的压力趋于平衡。如果两舱的压力不均衡,很难打开舱门,而且会给航天员带来危险。舱门上有一个平衡阀,类似于高压锅上的放气阀,是专门用来调解两舱压力的装置。

由于天宫-1已经在无人状态下在轨运行了200多天,因此航天员首先要确认其舱内是安全的,然后才能进入。从神舟-9进入天宫-1,航天员需要打开三道舱门,即飞船返回舱与轨道舱之间的门、轨道舱前舱门和天宫-1舱门,后两道门通过对接通道相连。在打开每一道门之前,航天员都要进行舱门检漏、舱压平衡等操作,以保证安全。打开舱门需用“钥匙”,这并非普通钥匙,而是一把40cm长的金属把手,或叫旋转手柄,相当于把一枚“螺母”套在舱门开门机构的“螺帽”上。航天员要按照其上的标识方向旋转两周左右,使舱门处于解锁状态,再拉手柄,把门打开,开完以后还要固定舱门。

通道被打开后,组合体成为一个大的密封舱。要保证航天员在舱内的安全,整个密封舱的密封性至关重要,而密封圈是其中的关键点。密封圈被安放在神舟-9主动对接机构的对接面凹槽里。与人们生活中常见的“O型”密封圈不同,神舟-9对接机构上的密封圈呈“T型”,被卡在凹槽里,在空间不受力的情况下,不会自动脱落。在飞船与天宫-1对接前,密封圈是“裸露的”,在太空的严酷环境中,密封圈要经受住100~-75℃的高低温考验,还要经得起各种太空辐射。对接后,航天员从直径0.8m的圆形通道进入天宫-1。为了确保航天员顺利通过通道,设计师在地面上曾进行了各类模拟试验,其中一项就是请一位身高1.8m、体重80.25kg的飞船工程师多次进行现场穿越试验,一次次验证通道的科学合理性。

神舟-9航天员在天宫-1中集体亮相

航天员景海鹏在天宫-1模拟器内检查实验设备(秦宪安/摄)

4 前期工作

航天员首次进入天宫-1与神舟-9组合体后,在里面生活和工作了6天。

6月19日15:19,天宫-1与神舟-9组合体完成了交会对接后的第1次轨道维持。15:46,北京航天飞控中心向组合体发出了一组指令,这是地面首次以邮件形式向航天员传送信息,信息内容包括音频、视频和文本文档等数据格式。18:50,地面与航天员进行了双向视频通话试验。

6月20日08:00-6月21日08:00,组合体在太空中完成了第1次姿态调整,进行180°转身,从交会对接的倒飞状态进入正常飞行姿态,形成天宫-1在后正飞,神舟-9在前倒飞的组合体标准飞行模式。3名航天员在天宫-1内开展了目标飞行器照料与管理、常规医学检查、失重防护锻炼、航天医学实验、表面微生物检测、在轨风速及温湿度测量等工作,各项工作顺利完成。实时医监询问及心理支持通话显示,航天员景海鹏、刘旺、刘洋的各项生理指标正常,身心状态良好。

6月21日08:00-6月22日08:00,组合体完成了轨道数据更新、飞行程序注入等工作。航天员在天宫-1内协同配合进行了目标飞行器照料与管理,并展开了相关空间科学实验。21日21:22 ,航天员开始进行实验舱舱门检漏试验,分别完成了舱门清洁、关舱门和开舱门进入实验舱等操作步骤。试验期间,航天员操作准确,舱门检漏结果正常。

6月22日08:00-6月23日08:00,组合体顺利完成了有关飞行控制和操作试验。航天员在天宫-1内协同配合进行了目标飞行器照料与管理、手动姿态控制试验,并展开了相关空间科学实验。22日11:00左右,航天员景海鹏、刘旺从天宫-1回到神舟-9返回舱,准备实施飞行器姿态控制试验。12:14,天宫-1停控,航天员手控设备加电,组合体飞行改由神舟-9飞船进行控制。航天员刘旺操作飞船姿态控制手柄,对组合体实施偏航、滚动、俯仰3 种姿态控制,组合体飞行姿态对航天员各项操作做出准确响应。此时,景海鹏对手控操作密切支持,而刘洋则在天宫-1实验舱密切监视试验过程。这是我国航天员首次在空间对飞行器实施姿态控制,试验取得圆满成功。飞船的手动控制还可用于交会对接和返回。

天宫-1与神舟-9组合体在轨飞行示意图(神舟传媒/制)

6 月23 日08:00-6 月24日08:00,测控通信系统按计划完成了组合体轨道数据更新、飞行程序注入、二次对接前实验舱物品转移固定等组合体飞行控制工作。航天员按计划开展了舱内气体采样等工作。23 日是端午节,12:00左右,在开展科学实验的间隙,3 名航天员聚集在天宫-1的舱载摄像机前,与地面航天员中心的工作人员进行了通话,互致节日问候。这是我国实施载人航天飞行以来,中国航天员第一次在太空度过中华民族的传统节日。

5 手控对接

在组合体飞行6天后,所有航天员从天宫-1回到神舟-9返回舱内,于2012年6月24日进行首次手动控制交会对接试验。其主要过程为:组合体对接机构解锁,神舟-9和天宫-1分离,前者撤离至与后者相距400m处停泊,然后神舟-9以自动控制方式接近天宫-1;在距天宫-1约140m停泊点改为手控模式,神舟-9在航天员手动控制下与天宫-1进行第2次交会对接,再次构成组合体。此次对接的目的是掌握手控对接技术,再次验证交会对接技术及对接机构等部件工作的可靠性与稳定性,进一步考核对接机构的重复使用性能。在6月24日的手控交会对接中,神舟-9不仅实现了与天宫-1的精准交会对接,而且交会对接时间仅用了6min,比自控交会对接少用3min。

神舟-8的2次对接全部采用从后向进入的对接,即飞船在后,天宫-1在前。神舟-9与天宫-1第1次进行的自控对接仍采用从后向进入的方式,但第2次进行的手控对接是从前向进入的对接,即飞船在前,天宫-1在后,以神舟-9相对天宫-1前向撤离和反向接近的飞行方式进行。

这是我国第1次在轨进行手动控制交会对接。此前,“神舟”飞船手动控制系统是自动控制系统的备份,但自神舟-5以来,在我国历次载人航天任务中自动控制系统运行良好,所以手动控制系统从未启用过,这次任务就是要对其进行了全面验证。

采用手控交会对接对航天员提出了很高的要求。在交会对接过程中容易出现三种偏差:一是左右上下的俯仰偏差;二是位置偏差;三是发生了旋转,从而产生姿态偏离。因此,要求航天员对这6个自由度的偏离有很好的把握。对接时要求接近的相对速度是0.2m/s,角度偏差1°之内,横向偏差在0.2m。这就要求在交会对接过程中,严格控制高速飞行器的误差。

为了完成任务,研制了手控交会对接的模拟设备,还专门研制了单项的训练模拟器,并对现有的全任务训练模拟器进行了增补和改进。航天员在手控交会对接模拟器里分两种工况训练:第一种是航天员对自动交会对接模式进行实时监测,并协助地面完成相关工作;第二种是航天员进行手控交会对接训练,这时要操纵跟神舟-9工况一致的手控交会对接系统来驾驶飞船,模拟与天宫-1的交会对接。

刘旺在地面进行了1500次以上的相关训练,而且成功率是100%。即使在仪表没有数据的情况下,他仅靠光学显示也能够操作完成任务。在训练过程中,刘旺还经常给参与设计的工程师们打电话,请教他们的设计思路、原理和规律,从而更透彻地掌握原理,更细致地分析问题。

为了应对突发境况,有意识地设置了大偏差的科目和各种故障,以增加控制难度。科目设置考虑到阳照区、阴影区、有参数、无参数等多种状况,模拟了可能发生的40多种故障,这些故障一旦出现,需要航天员准确判断、识别和处置。例如,故意将飞船稍微拉偏,或者突然加大对接速度,以训练航天员在应急情况下的反应能力和处置能力。人为对环境增加干扰,比如增加通话噪声,或者制造一些偶发事件来考验航天员,让他们能在有干扰的情况下准确实施手控交会对接。为了便于航天员操作,手动控制手柄设计上有防误操作,航天员不小心碰到手柄不会影响到操作性能。此外,为了便于航天员辨识,手柄经过了特殊设计,航天员即便是戴着手套也能灵敏地感受到操作挡位。

手控交会对接的详细过程如下:

6月24日09:40,北京航天飞控中心向神舟-9发出转出停靠段设置指令,神舟-9恢复为自控工作状态。

11:08,飞控中心下达神舟-9和天宫-1分离指令。

11:11,两个航天器分离。

景海鹏、刘旺、刘洋在交会对接模拟器内进行手控交会对接训练(秦宪安/摄)

刘旺对舱内航天服进行气密性检查(秦宪安/摄)

11:36,神舟-9抵达400m停泊点,等候指令。

11:38,神舟-9以自控方式从400m停泊点出发,向天宫-1靠近。

11:47,神舟-9抵达140m停泊点,地面科技人员对两个航天器飞行状态进行全面检查确认,进行与天宫-1手控交会对接前轨道和姿态的微调。

12:11,神舟-9推出了对接环。12:16,神舟-9对接机构准备完成。

12:38,地面命令:“神舟9号,我是北京,发送手控允许指令,开始手柄试操作。”刘旺双手轻握身边两侧的平移控制手柄、姿态控制手柄,从容不迫地开始试用手柄。“神9报告,平移手柄试用正常”,“神9报告,姿态手柄试用正常”。

12:39,地面命令:“手柄操作正常,开始手控对接!”

12:41,手控交会对接在阳照区进行,神舟-9在刘旺的精准操控下以0.4m/s的相对速度缓缓向天宫-1靠近,航天员景海鹏、刘洋密切监视飞船仪表参数和对接靶标。

12:43,两个航天器相距75m时,航天员切激光雷达近场。

12:45,两个航天器相距40m时,天宫-1的太阳电池翼形成一条直线。

12:46,两者相距30m时,飞船以0.18m/s的相对速度稳步靠近天宫-1。如果是自控交会对接,这里是一个停泊点,但在手控交会对接中这里没有停泊点,但需要地面和航天员对状态进行确认。

12:47,两个航天器先后相距15m、15m、10m,十字靶标在轻微的晃动中,靶标从最右侧向左平移。这个精度高于前几次自控交会对接。在最后1m的距离内,两个航天器上的靶标完美重合。在完全重合的一刹那,就像刘旺多次描述过的那样,天宫-1向神舟-9舱外摄像机“扑面而来”。

12:48,神舟-9与天宫-1对接环接触,经过捕获、缓冲、拉回和锁紧等过程,神舟-9与天宫-1建立刚性连接,形成组合体。刘旺从飞船发回铿锵有力的口令:“神舟9号报告,人控停控置位,完毕。”

12:55 ,神舟-9与天宫-1完成此次对接,我国首次手控交会对接取得圆满成功。

16:05,刘旺打开了天宫-1的舱门,第1个漂进天宫-1。接着,景海鹏和刘洋依次进入天宫-1。6天前第1次进“宫”时,他们还不得不靠舱壁上的限位器固定身体,现在,3个人已往来自如。

6月24日刘旺手控神舟-9与天宫-1进行交会对接的视频截图

6 后期工作

航天员第2次进入天宫-1与神舟-9组合体后,在里面生活和工作了4天。

6月25日08:00-26日08:00,组合体顺利完成了第2次对接后的飞行控制工作。航天员在天宫-1内协同配合进行了目标飞行器的照料与管理、失重生理防护锻炼、自行车功量计锻炼,并展开了相关空间科学实验。25日,地面向航天员发送了4封电子邮件,航天员均正常接收;航天员下行了1条短信息,地面正常接收。

26日08:00-27日08:00,除了完成日常工作外,10:20,航天员还与胡锦涛总书记进行天地通话。地面向航天员发送了6封电子邮件,航天员均正常接收;航天员下行了1条短信息,地面正常接收。

27日08:00-28日08:00,航天员按计划开展了组合体的照料与管理、在轨飞行例行医学检查、失重生理防护锻炼及航天医学空间实验等工作,进行了组合体第2次分离前物品转移撤收等各项准备工作。

27日14:42,在北京航天飞控中心的精确控制下,组合体在太空中偏航180°,从交会对接的正飞状态变为倒飞姿态,建立撤离姿态,为航天员首次手控撤离作准备。

28日06:00,3名航天员陆续离开天宫-1,返回神舟-9,指令长景海鹏于06:37最后一个离开天宫-1,关闭天宫-1实验舱舱门,返回神舟-9轨道舱。

28日09:22,航天员刘旺手控神舟-9与天宫-1成功分离,这也是“神舟”飞船与目标飞行器第一次实施空间手控分离。组合体成功分离后,航天员继续手控飞船撤离至安全距离。此前,航天员已经把空间科学实验中采集的样本和数据从天宫-1转移至飞船返回舱,并将天宫-1恢复到与神舟-9对接前的状态。

在手控撤离140m时,神舟-9与天宫-1又进行了1次交会试验:先让神舟-9从距天宫-1的140m处退到400m处,再退到5km处;然后,神舟-9重新与天宫-1交会,抵达相距140m的停泊点;最后,再次撤离至与天宫-1相距5km以外的安全距离,交会对接任务结束。天宫-1由交会对接轨道进入自动运行轨道,转入长期运行管理状态。

目前,天宫-1供电能力良好,推进剂消耗不到1/4,备份设备都没有启用,随着产品设计的不断优化、飞行方案的周密实施以及质量的严格控制,其飞行时间可能大大延长。

航天员太空就餐用的餐具包(秦宪安/摄)

7 太空生活

航天员在天宫-1内实验、睡觉、锻炼,在神舟-9内吃饭、上厕所。天宫-1内的温度为22~23℃,湿度为40%,整体环境相当舒适。航天员每天工作约8h,睡眠8h,生活照料6h(包括一日三餐,进行个人清洁、常规生理检查及舱内整理等),个人休闲约2h(即自由活动,如写飞行日志、听音乐、看电影等)。

航天员的太空作息时间与地面同步。6:00-8:00,起床、洗漱、吃早餐;8:00-20:00,开展实验和失重生理效应防护工作;20:00-23:00,准备休息和自由活动;23:00,进入梦乡。

在13天的太空飞行过程中,航天员系统的专家为航天员提供了舒适的衣、食、住、行,使他们身心状态良好,精神饱满,思路清晰,声音洪亮,心电、呼吸、体温、血压等基础性生理指标正常。

衣:除了舱内航天服外,还有多种常服,包括内衣、工作服、对抗微重力的“企鹅服”、空间运动服等等。空间运动服跟地面的运动服没有什么差别,但是在舒适度上会有特别考虑。空间运动服是蓝色的,男女样式基本一样,都是圆领套头T恤搭配短裤,运动的时候会出汗,要求速干,给航天员干爽感。

航天员在舱内活动是不穿鞋子的,他们的袜子上涂了一层橡胶涂层,相当于一层“胶底”,这样航天员的脚在接触金属的时候就不会有冰凉的感觉。

食:这次为航天员准备了50余种食品,每4天1个周期轮换食谱。航天员吃的可口美食都是通过采用太阳电池翼这一主电源的食品加热装置加热过的,这也是历来的首次。

航天员一日三餐,每餐均配有主食、副食、复水蔬菜、点心、调味品、水果、饮料、餐巾纸等。航天员能吃上炒米饭(包括什锦炒饭、咖喱炒饭、冬笋火腿炒饭),以及黑椒牛柳、蘑菇鸡块、木须肉、松仁玉米、干烧杏鲍菇、雪菜肉丝、浓香奶茶、豌豆素鸡、红烧牛肉、熏鱼、大虾等。此外,还有酱萝卜等小菜,以及菠萝汁、浓香奶茶、柠檬茶等颇受女性喜爱的餐后饮料。

太空环境不仅带来各种不适,还会引起味觉失调,尤其对酸、咸等味道感觉变得迟钝。此次为航天员提供了叉烧酱、川味辣椒酱和番茄酱等特色调料。针对女航天员的特点,特别开发了低脂食品,增加了蔬菜的比重,并根据女航天员的口味和生理状况准备了甜点、巧克力和一些补血食品。

睡:航天员按北京时间作息以保证睡眠。天宫-1活动空间有两个睡眠区、一个仪表显示区、一个空间科学实验区、一个在轨锻炼区。航天员的睡袋固定在舱壁上,因此航天员看起来是站着入睡的。睡袋外面是浅蓝色,里面是白色,头部有防护,同时配有防止舱内噪声和光线的耳罩、眼罩。

动:航天员每天穿“企鹅服”对抗太空微重力。纯白色的“企鹅服”内有很多弹性的带子,有点像地上的拉力器,航天员穿上后,通过力的作用,实现肌肉的锻炼。这种失重防护对抗设备可以套在航天员的日常服装外面,航天员每天穿上它训练1~2h。而作用在大腿部的浅咖啡色套袋则是通过加压的形式,防止在微重力条件下体液回流到腿部,导致大脑血液过少而对人体产生不良影响。两套“企鹅服”与套袋,在天宫-1发射前就已装置其内。

乐:包括拍照、看宇宙美景、听音乐、看大片、玩游戏、上网、收邮件、在轨体育锻炼。航天员首次在太空使用的自行车功量计与我们平时使用的自行车不同:航天员在使用前要先进行组装,在两名航天员配合下大约10min可以完成;为了防止航天员骑行时飘走,使用时要用束缚带将自己固定在车座上;太空“自行车”没有握把,航天员骑行时要扶住天宫-1的墙壁。它在使用时以功率计算航天员运动负荷,分25W、50W等多个强度等级,使用时可调整。

药:航天员一天吃三次“太空养心丸”,它可增强心血管功能、提高机体免疫力、防治空间运动病。这次任务共为航天员准备了航天药箱、航天小药包和个人急救小药包三类药物包:航天药箱是用于组合体在轨飞行时航天员疾病防治的用药保障;航天小药包是航天员在返回舱时的用药保障,能够满足3名航天员1天的用药;个人急救小药包主要用于航天员在着陆后的疾病防治,同样能够满足3名航天员1天的用药。

航天员景海鹏、刘旺、刘洋在天宫-1模拟器内训练(秦宪安/摄)

女航天员刘洋进行运动中的肺功能数据采集(秦宪安/摄)

神舟-9任务的药物按照利用的几率分为两类:第一类药物是按计划必定要用的药物,主要是抗运动病药物、睡眠干预药物、维生素补充类和中医药保健类。这类药物严格按照既定的服用方案配备,主要包括抗运动病、睡眠调节和维生素类等。第二类药物是根据“国际空间站”的经验和临床实践而准备的高发病需要服用的药物。这类药物的配备首先需要与发病率相适应,而且还要考虑病情的多种情况,使得药物尽可能涵盖大多数病情。药物包括:止痛类、抗菌消炎、抗感冒药、消化系统用药、心血管系统药物、五官科药物、外用软膏类、止咳平喘类、兴奋神经系统、抗过敏、外伤处理类、激素类及妇科用药等。

航天员景海鹏、刘旺通过植物标本了解植物的属性(秦宪安/摄)

8 安全返回

6月29日09:00左右,神舟-9开始返回。相比神舟-8任务,神舟-9任务着陆场系统最突出的特点是增加了航天救援任务,相关技术状态和任务要求也相应发生变化。神舟-9搜救任务主要呈现四大特点。

一是航天员搜索救援环节多。此次任务增加了航天员搜索救援、医监医保、医疗救护和后送转运任务,每一个环节都涉及到航天员的身心健康。特别是对女航天员的救援还有特殊性,决不容许因工作失误对航天员安全造成影响。

二是航天员搜索救援要求快。为了尽快掌握航天员的健康状况,系统要快速搜索返回舱、快速到达着陆现场,争取第一时间对航天员实施医疗救护。

三是飞船着陆后航天员对重力的适应需要时间长。航天员经过长时间空间运行,返回地面后其重力适应和医监医保持续时间长,期间既要确保航天员医疗救援稳妥可靠,又要确保现场处置正规有序。

四是航天员后送转运衔接紧。飞船正常返回主着陆场并完成航天员医监医保工作后,先要护送航天员乘直升机至转运机场,而后转乘专机抵达北京,整个后送程序衔接十分紧密,组织实施和安全护送压力很大。所有这些变化因素都对主着陆场系统圆满完成任务提出了更高要求。

与神舟-8任务相比,着陆场系统有两个方面进行了加强:一是增强了着陆场系统的数据图像传输能力,能够确保第一时间把现场对航天员的营救和处置情况及时地传回到北京的控制大厅。二是增加了航天员的医监医保和医疗救护方面的工作,着陆场的搜索救援演练进行了很多次,其目的就是要在最短时间内搜索到返回舱,确保航天员的安全。

安排神舟-9白天返回,是因为在白天搜救视野更加开阔。神舟-9的搜救模式由神舟-8任务的“空中搜索、地面回收”变为“空中搜救航天员,地面处置返回舱”,实现“快速定位、快速到达、安全出舱”的目标。为此,着陆场搜救分为空中和地面两支力量,7架直升机(1架指挥机、1架通信机、1架搜救机、1架医监医保机、3架医疗救护机,它们均安装了“北斗”卫星导航系统接收机,动态信息可实时传回北京航天飞控中心)主要担负搜索发现返回舱,然后送有效载荷等任务,即在第一时间把航天员护送到有医疗设备、医疗条件、医疗保障的安全地方。在直升机搜救航天员的任务完成后,返回舱的处理和运送任务则交给了由4辆特种车辆组成的地面车队。

神舟-9返回舱冲破大气层,张开形似水母的降落伞,降落在草地上

6月29日10:03,神舟-9返回地面

神舟-9返回舱着陆后,可用4种手段迅速获取其位置信息:搜救卫星系统接收到的返回舱信标发出的信号;航天员读取仪表板上的位置数据,通过卫星电话告知北京航天飞控中心;北京航天飞控中心通过测控网信息给出的返回舱落点预报;主着陆场直升机和固定翼飞机上的定向仪接收到的返回舱信标信号。

6月29日10:03,神舟-9返回舱安全落地。10:06,搜救队就来到了返回舱边。10:10,返回舱处置人员打开返回舱。此后,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进行初步的重力再适应,包括肢体运动,逐步站立适应,补充饮用水和营养液。

考虑到神舟-9航天员飞行13天,在太空工作量大,比较疲劳,立位耐力下降比前几次载人航天飞行要重,所以与前3次航天员自动出舱不同,神舟-9航天员将在工作人员协助下出舱,并且在出舱后所有活动全部采取坐位,以确保航天员安全。

11:08,景海鹏第1个出舱,紧接着他就被抬到了特制的椅子上。景海鹏出舱后1min,刘旺出舱,他坐到椅子上后,与身边的景海鹏不断交流,两个人看起来精神状况都非常好。11:19,刘洋出舱。3个航天员的出舱过程,一共用了11min。

11:28,任务总指挥常万全宣布,天宫-1与神舟-9载人交会对接任务取得圆满成功。■

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