我们的“天上之家”住人了

2021-10-20 04:36席金合

发明与创新 2021年40期

◎席金合

2021年6月17日9时22分，搭乘聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员的神舟十二号飞船在酒泉卫星发射中心冲上蔚蓝天空，很快进入预定轨道。大约6小时后，飞船成功与天和核心舱前向端口对接，与此前已完成对接的天舟二号货运飞船一起构成三舱（船）组合体。

图1 2021年6月17日，神舟十二号成功发射（图/新华社）

当日18时48分，3名航天员进入天和核心舱，标志着中国人首次登上自己的空间站。那一刻，全国观众热烈欢呼：我们的“天上之家”住人了！

2021年9月17日13时30分许，神州十二号载人飞船安全降落在东风着陆场预定区域。航天员们安全返回地球后，很多问题引起了大家的兴趣。比如，此次任务有啥不一样？航天员在天上都做了些什么？他们是怎么生活的？……下面，就让我们一起去寻找答案吧！

此次登天实现了我国载人航天任务的“五个首次”。

一是首次实施自主快速交会对接。此前，载人飞船与“天宫”对接离不开航天员的辅助操作，而这次神舟十二号载人飞船采用自主快速交会对接模式，大大减轻了航天员的工作强度。

二是首次实施绕飞核心舱并且进行径向交会。此次绕飞是从核心舱朝向地球的对接口绕上来，这样载人飞船就能与空间站所有的对接口对接。

图2 神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接（图/新华社）

三是首次实现长期在轨停靠。为了验证各种设备和保障措施的长期可靠性，并让航天员更好地适应严苛的生存条件，神舟十二号要在轨停靠3个月，这对航天员的身体和航天器的性能来说，都是严峻考验。

四是首次具备从不同高度轨道返回着陆场的能力。这次设计的返回起点范围较大，飞船可灵活选择降落路径。

五是首次具备天地结合多重保证的应急救援能力。为了在紧急情况下安全接回航天员，这次任务准备了两艘飞船，一艘上天执行任务，另一艘原地待命，全方位保证人员安全。

神舟十二号中的3名航天员构成一个新老搭配、职责明确、优势互补的乘组，他们在年龄、经验、素质和技能等方面实现了最佳组合。

图3 中国航天员聂海胜（图/新华社发徐部摄）

图4 中国航天员刘伯明（图/新华社发徐部摄）

乘组指令长聂海胜是从湖北枣阳一个普通农家走出来的航天英雄，1998年入选我国首批航天员，已圆满完成3次飞天使命。2005年，他与费俊龙乘坐神舟六号成功造访“天宫”。8年后，他首次担任指令长，执行天宫一号与神舟十号的对接任务，开创了在轨飞行15天的纪录，成为首位进入太空的将军航天员，被誉为“飞将军”。又过了8年，年近60岁的聂海胜接过空间站建设的“第一棒”，出征前，他特意染黑了鬓角的白发。

两次登上浩瀚太空的刘伯明，1966年9月出生在黑龙江依安一个贫困农家。上中学时，为了节省住宿费，他骑自行车走读，每天往返近20千米，练就了强健的体魄。他与聂海胜同年入选航天员，从最初的预备队员到执行神舟七号飞行任务，再到如今再赴苍穹，16年间，他一步一个脚印，掌握了精湛的技能，积累了丰富的经验，练就了踏实、稳重、认真的行事风格。

图5 中国航天员汤洪波（图/新华社发徐部摄）

从湖南湘潭农家走出来的汤洪波从小喜欢看书学习，毕业后进入空军飞行大队，经过8年刻苦训练，凭着过硬的本领当上了大队长。2010年5月，经过层层选拔，汤洪波成为我国第二批航天员。从此，他坚持严格训练，刻苦钻研业务，一心为飞天做准备。今年，他终于等来飞向苍穹的机会。消息传到家乡，全村都沸腾了，年过七旬的父母激动地流下了泪水。

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航天员入驻空间站后，先利用一周时间整理舱内货物，摆放生活器具和各种装置，对整个活动空间进行简单“装修”。接着，实施两次出舱计划，完成4项任务：

图6 8月20日在北京航天飞行控制中心大屏拍摄的神舟十二号乘组航天员聂海胜、刘伯明，此时他们刚结束出舱任务，并向大家挥手示意（图/新华社记者田定宇摄）

一是开展舱内日常管理。进行天和核心舱在轨测试、再生生保系统验证、机械臂测试与操作训练以及物资与废弃物管理。确保工作、生活设备完好、可靠，实现水、空气等消耗性资源的循环再利用。

二是开展出舱活动和舱外作业。在机械臂的辅助下，航天员先后两次出舱，主要进行设备转移、安装、测试、维修等作业，重点完成舱外工具箱组装、全景摄像机抬升和扩展泵组安装等任务。

三是开展科学技术试验。做好空间应用实验设备的组装和测试，按程序开展空间应用、航天医学领域等试验，以及相关科普宣传教育活动。

四是做好个人健康管理。航天员按计划开展日常的身体锻炼，定期监测、维护和评估自身健康状态，确保每个人在身心方面合格，能在太空环境长期驻留。

让人惊喜的是，在这些任务中也有与青少年相关的内容。9月6日，在轨飞行的3名航天员在“奇迹天宫，荣耀见证——中国空间站科创体验基地”首场活动中，发布了科学和科幻两个方向的“青少年搭载空间站实验孵化项目”首批选题。

第一个研究选题由刘伯明发布：“围绕空间生命科学与生物技术方向，利用空间站提供的长期微重力、有规律的磁场和昼夜的快速交变以及特殊辐射等环境条件，对生命体的重力变化感应、空间辐射下的损伤等方面进行研究，促进对生命现象本质的理解和认识。例如，研究马铃薯在太空微重力环境下的形状与地球是否一致。”

图7 汤洪波拍摄的核心舱卧室及北非大陆上万家灯火的盛景

第二个科幻方向的选题由汤洪波发布：“随着科技的进步，2049年上太空可能就和坐飞机一样的便利。如果你是设计师，你会如何设计未来的空间站呢？需要同学们以科学事实为依托，展开合理想象，并设计你心中未来的空间站。”

第三个是附加题，由聂海胜发布：“大家知道中国空间站的伙食非常好，热菜、凉菜、甜点品类齐全，但还没做到应有尽有，不同地区有着不同的美食和文化，有些特产还不能上太空。所以我出的题是‘请同学们将自己家乡特有的美食封装成符合航天标准的太空食物’。”

这些来自航天员的题目，将由老师指导青少年以空间站搭载的科学实验项目为依托，自主设计搭载对比实验。

天和核心舱的活动空间是天宫二号空间实验室的3倍，总容量达110立方米，相当于一套精致的别墅。主要分为睡眠区、工作区、卫生区、锻炼区、太空厨房及就餐区6个区域，完全能保障3名航天员的日常起居。对此，我国“航天达人”杨利伟回想自己当年在太空的生活空间，欣喜地感叹：“我太羡慕了！”

航天员们在核心舱内具体怎么生活呢？

睡眠在微重力的太空环境中，人和其他物品一样轻如鸿毛，随时会飞起来。晚上，为更好地休息，航天员会钻入像胶囊一样的睡袋里，睡袋被挂在舱壁上，一是防止航天员睡觉过程中在核心舱中乱飘，二是通过拉紧睡袋对身体施加一定压力，让航天员获得安全感。

此外，空间站环绕地球快速飞行，1天要经历16次日出，而按照规定，航天员应与地面同步作息，他们该如何适应天上“昼夜不分”的情况呢？对此专家表示，航天员在睡眠区看不到日出日落，能保证正常的休息时间，一般为8小时左右。

就餐核心舱内事先储备了120多种航天食品，其中还有鱼香肉丝、宫保鸡丁等传统菜品，营养均衡，荤素搭配，能长期保鲜。在就餐区配备有食品加热箱、小冰柜、特制饮水机和折叠桌，让航天员感受到家的温暖。用餐时，航天员们需要把饭菜挤进嘴里，以防从舌尖飞出来。

保健人在太空，容易出现心血管异常、肌肉萎缩和骨质流失等情况，因此，在锻炼区配备有太空跑台、太空自行车和拉力器，便于航天员日常锻炼。

在天上生活3个月，不能不洗澡。由于从地面运来的水极其珍贵，加之处于失重环境，因此航天员不能像在地面那样冲澡，而是要用喷头把水喷到身上，再用毛巾擦拭。

图8 3名航天员在核心舱内打乒乓球

娱乐为了排解在太空中的寂寞，航天员可通过装在舱内的Wi-Fi设备从网上收看节目，与亲人视频聊天，互发电子邮件等，还可以读书、看录像、打乒乓球等。

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1991年5月，苏联航天员谢尔盖·康斯坦丁诺维奇·克里卡列夫在太空兢兢业业工作，谁知，他的祖国解体了，国内乱成一团，竟然忘了飘荡在太空的航天员。直到美国向他们送上一批物资，克里卡列夫才没有被饿死。当然，这种失误后来极少发生，但它为载人航天的安全性提出了更高的要求。

图9 苏联航天员谢尔盖·康斯坦丁诺维奇·克里卡列夫

我国始终把保护航天员的生命安全作为最高信条，在神舟十二号飞行任务的任何阶段都有保护航天员安全的预案和措施。

1.发射阶段

如果火箭出现失火、爆炸或其他意外故障，神舟十二号飞船在其上部逃逸塔的帮助下，可以迅速将航天员带离危险区，并依托降落伞实现人员安全着陆。

2.飞行阶段

在自主飞行过程中，当发生舱内失火、舱内失压等紧急故障时，神舟十二号飞船可以随时应急返回地球，既可以在地面人员的控制下计算返回参数，又可以由飞船自主控制返回。

3.对接阶段

神舟十二号飞船在与空间站天和核心舱自动对接的过程中，如果发生相对位置、相对姿态的测量控制设备故障，导致不能进行自动对接时，可转由航天员手动控制飞船，通过摄像机图像进行人工对接。

4.停靠阶段

停靠空间站期间，当空间站发生严重威胁航天员生命的事故，导致不能继续进行组合体飞行时，神舟十二号飞船具备随时紧急撤离空间站、安全返回地球的能力。

5.返回阶段

与空间站分离后，当飞船返回舱冲向地球表面时，神舟十二号飞船配置了两套降落伞，当一套出现问题时，另一套降落伞可以随时顶上去，起到减速缓冲的作用。

此外，航天员素质也是应对风险的关键。我国航天员都选自战斗机飞行员，实飞经历达千小时以上，他们驾驶技术高超，凌空经验丰富，具有强健的体质、良好的心理素质和紧急情况下的快速应变能力。被选入航天员后，他们还要经过生存技能、操作技能、排险技能、逃生技能等严格训练，最后通过生理机能、特殊环境耐受力和太空适应性等方面的严格筛选，才有资格驾乘飞船上天。