神舟十八号科技新亮点

2024年4月25日，我国神舟十八号载人飞船发射成功。此次任务是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的第3次载人飞行任务，是工程立项实施以来的第32次发射任务。执行神舟十八号载人飞行任务的航天员乘组由叶光富、李聪、李广苏3名航天员组成，叶光富担任指令长。

神舟十八号航天员在轨任务包括执行多次出舱活动，进行微重力基础物理学、空间材料科学、空间生命科学、航天医学、航天技术等多领域的实验与应用，安装空间站碎片防护加固装置，完成舱外载荷和舱外平台设备的安装与回收等。这些任务的顺利完成将有力支撑空间站在轨运行和科学实验的需求。

作为最新一批神舟载人飞船的第一艘，神舟十八号有多项技术升级，特别是全面升级了飞船的电源系统，提升了飞船的性能与安全性。

电池续航能力更强

神舟飞船是航天员实现天地往返的“生命之舟”，由轨道舱、返回舱和推进舱构成，共有14个分系统，电源分系统则是其中最为关键的系统之一，堪称飞船的“心脏”。它包括整船在轨飞行提供电能的主电源、关键阶段可确保航天员安全的应急电源、为返回舱提供电能的返回着陆电源、为轨道舱和返回舱提供火工控制能源的火工品电源等。相较于神舟十六号和神舟十七号载人飞船，神舟十八号载人飞船进行了电源全新升级。在神舟十八号飞行任务中，锂离子电池接过镉镍电池的“接力棒”，电池扩容达30%。

为什么要从镉镍电池升级为锂离子电池呢？这是由空间站时代飞船的使用环境和使用时间长度变化决定的。空间站时代后，飞船在轨时间通常是6个月，这样一来就面临两个很严峻的问题。一是空间站舱体的遮挡问题。数十米的舱体连接长度和巨大的柔性太阳翼，对神舟载人飞船造成了比较严重的光照遮挡，导致自主发电能力不足。二是神舟飞船停靠期间需要接受空间站的电力供应，由此产生充放电状态不断切换的不稳定情况，造成充放电不规律问题。从神舟一号到神舟十七号，飞船配置的都是镉镍电池，这种电池具有高安全、高可靠、耐过充、耐过放等优势性能，可以满足神舟飞船高安全运行的任务要求。但是它也有缺点，那就是“记忆效应”。记忆效应是指蓄电池在反复浅充浅放后，电池容量比全充全放时减少了，导致使用时间缩短。相较于镉镍电池，锂离子电池的一个突出优势就是没有记忆效应，使用寿命长。这就使得神舟飞船克服了不规律充放电问题，获得了更长的停靠空间站组合体的时间，同时也更加安全、可靠。相比镉镍电池，锂离子电池比能量更高、循环寿命更长、高倍率充电更佳，且为整船减少了50千克左右的重量。

舱内画面更清晰

中国空间站已进入常态化运营模式，目前空间站及货运飞船中的相机已升级到1080P高清视频，但由于沿用整体方案，且受测控体制和信道制约，载人飞船传输的视频仍维持原有的标清标准。为了提升神舟飞船返回舱的图像质量，科研人员尝试通过更迭软件来实现画质升级。相机画质升级意味着原始数据倍增，然而，飞船内的相机原本是面向较小分辨率图像的处理与传输而设计的，这使得传输信道、处理能力、调度策略均面临技术瓶颈。对此，图像团队不断优化算法、反复迭代论证，最终让图像清晰度明显提升，人物面部细节也更加丰富。

“神舟舵手”更成熟

神舟十八号载人飞船是空间站应用与发展阶段第二艘实施径向对接的载人飞船。2023年5月30日，中国空间站应用与发展阶段首艘载人飞船神舟十六号就与中国空间站成功实现了径向对接。神舟十八号载人飞行任务再次实施径向对接，也标志着我国自主研发的空间交会对接制导导航与控制（GNC）技术进一步成熟。GNC系统是神舟飞船的核心分系统，被研制人员亲切地称为“神舟舵手”。该系统负责飞船从发射到与火箭分离，再到与空间站交会对接，最终从空间站撤离并返回地球的全过程控制，同时还负责飞船独立飞行过程中的姿态与轨道控制、太阳翼帆板控制等。

神舟十八号乘组将做哪些实验

构建小型水生生态系统

受控生命生态系统被认为是人类进行长期空间飞行和地外居留必需的生命支持系统。水生生态系统具有生物适应性好、控制简单、运行稳定等特点，是近年来受控生命生态系统研究的重要内容。

“空间先进水生生保系统关键技术研究”项目，将在轨搭建一个由斑马鱼和金鱼藻组成的小型水生生态系统，研究空间环境对鱼类生长发育、生态系统运行与物质循环的影响。该项目将成功构建鱼类的空间水生生态系统，实现我国在空间培养脊椎动物的突破；并解析空间环境对脊椎动物生长发育与行为的影响，为空间密闭生态系统物质循环研究提供理论支撑。

探究植物干细胞微重力影响

植物的茎、叶、花、果等地上部分器官都来自于茎尖干细胞，研究干细胞调控机理对于解析植物形态和器官的分化有重要意义。

“微重力环境调控植物干细胞功能和结构的分子网络研究”项目是以模式植物拟南芥的植物茎尖干细胞为研究对象，解析植物在空间微重力环境中，干细胞形态功能与基因表达的变化，为定向设计适应太空环境的空间作物提供理论支撑。该项目上行了100余粒拟南芥种子，在空间站进行为期4周左右的培育生长，后由航天员进行植株采集，并在—80℃冷冻固定，最后随神舟飞船返回，交付科学家开展地面研究。

探寻生命起源的分子密码

探寻关于生命起源的诸多问题，如生命的“合成砌块”是如何逐步组装成具有基本功能的生物大分子的，人们不可能回到几十亿年前寻找这些问题的答案，只能模拟原始地球环境或基于太空特殊环境，通过有机化合物亘古不变的化学性质及物质之间的相互转化规律，来有效揭示生命本质及发现生命演化的重要线索。

磷元素是重要的生命元素，星际空间也广泛存在着各种氨基酸、核苷等“生命的种子”。利用空间站长期微重力环境，以氨基酸、核苷和磷构建“三元反应体系”，可以建立N-磷酸化氨基酸“分子演化系统”。以此为基本生物化学模型，开展蛋白与核酸共起源及遗传密码起源的分子进化研究，从分子水平上探究基本生化反应对微重力环境的响应特点，能够为生命的化学起源中蛋白与核酸共起源理论体系提供重要的科学依据。

太空“超润滑”材料验证

摩擦无处不在，磨损相伴而生。摩擦、磨损会加大能源消耗，损坏设备、器件。将摩擦和磨损降低至极限，是摩擦学研究的重要发展方向。

“空间用固液复合润滑材料的设计、界面作用机理及舱外验证”项目面向航空航天等重大工程装备对更长寿命、更低摩擦与更低磨损润滑材料的应用需求，设计开发了基于二硫属材料的固体润滑、基于聚合物涂层-润滑油脂的固液复合润滑材料体系，并利用空间摩擦学评价装置进行舱外验证试验，期望在严苛的空间环境中实现机械运动的“超润滑”或近零磨损，揭示润滑材料在真实空间环境中的润滑演变过程和损伤机制。

【责任编辑】蒲 晖