撰文 | 喬輝

據(jù)央視新聞消息，2021年10月16日0時(shí)23分左右，我國(guó)長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭搭載神舟十三號(hào)載人飛船順利升空，并取得圓滿成功，發(fā)射地點(diǎn)位于酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心。這是繼今年9月17日神舟十三號(hào)順利返回地面后，一個(gè)月內(nèi)再次執(zhí)行載人飛行任務(wù)。

本次搭乘神舟飛船的航天員分別是：翟志剛、王亞平和葉光富。其中翟志剛在2008年執(zhí)行過(guò)神舟七號(hào)飛行任務(wù)，并成為第一位出艙活動(dòng)的中國(guó)人；王亞平在2013年執(zhí)行過(guò)神舟十號(hào)飛行任務(wù)，并首次進(jìn)行了“太空授課”，給學(xué)生們演示了失重狀態(tài)下的各種奇妙實(shí)驗(yàn)；三人當(dāng)中，葉光富年齡最小，也是首次執(zhí)行太空任務(wù)的航天員。

圖注：從左到右依次是葉光富、翟志剛和王亞平

1 神舟十三號(hào)與神舟十二號(hào)任務(wù)有何異同？

神舟十三號(hào)的飛行目標(biāo)和神舟十二號(hào)一樣，也是對(duì)接我國(guó)空間站“天和”核心艙，三名航天員將成為“天和”核心艙的第二批“入住人員”。

神舟十三號(hào)與神舟十二號(hào)不同的是，這批航天員計(jì)劃在空間站駐留六個(gè)月，超過(guò)神舟十二號(hào)航天員的三個(gè)月駐留時(shí)間，這將創(chuàng)造我國(guó)航天員在太空駐留天數(shù)的新紀(jì)錄。更長(zhǎng)的時(shí)間，意味著將會(huì)執(zhí)行更多的太空任務(wù)。

此外，神舟十二號(hào)是清一色的男航天員，神舟十三號(hào)有了一位女航天員，女航天員在太空長(zhǎng)期工作和生活的經(jīng)驗(yàn)積累也非常重要。

最后，從技術(shù)層面上講，神舟十二號(hào)飛船與核心艙將采用難度更大的徑向?qū)臃绞剑谴饲暗妮S向（前向和后向）對(duì)接方式。本文后面有詳細(xì)介紹。

2 神舟十三號(hào)將執(zhí)行五大主要任務(wù)

1、開(kāi)展機(jī)械臂輔助艙段轉(zhuǎn)位、受控操作等空間站組裝建造關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)；

2、要進(jìn)行2-3次出艙活動(dòng)，安裝大小機(jī)械臂、雙臂組合轉(zhuǎn)接件及懸掛裝置，為后續(xù)空間站建設(shè)任務(wù)做準(zhǔn)備；

3、要進(jìn)一步驗(yàn)證航天員在軌駐留6個(gè)月的健康生活和工作保障技術(shù)；

4、進(jìn)行航天醫(yī)學(xué)、微重力物理領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)與應(yīng)用，開(kāi)展多樣化科普教育活動(dòng)；

5、全面考核工程各系統(tǒng)執(zhí)行空間站任務(wù)的功能性能以及系統(tǒng)間的匹配性。

3 百發(fā)百中：長(zhǎng)征二號(hào)F火箭

圖：神舟十三號(hào)轉(zhuǎn)場(chǎng)畫(huà)面

長(zhǎng)征二號(hào)F火箭安全性極高，主要用于載人航天。火箭高58.34米，由四個(gè)助推器、芯一級(jí)火箭、芯二級(jí)火箭、整流罩和逃逸塔組成。其中，芯級(jí)直徑3.35米，助推器直徑2.25米，逃逸塔位于火箭頂部，因此長(zhǎng)征二號(hào)F火箭的辨識(shí)度非常高。在發(fā)射初始階段，一旦航天員有危險(xiǎn)，逃逸塔上的火箭會(huì)迅速點(diǎn)燃，可快速把航天員帶到安全的高度并最終安全落地。

4 太空擺渡車：神舟飛船

神舟飛船是我國(guó)自行研制，用于天地往返運(yùn)送航天員。飛船主體由軌道艙、返回艙和推進(jìn)艙構(gòu)成。

圖注：神舟載人飛船結(jié)構(gòu)（藝術(shù)圖）

軌道艙是一個(gè)圓柱體，總長(zhǎng)度為2.8米，最大直徑2.27米，一端與返回艙相通，另一端與空間對(duì)接機(jī)構(gòu)連接。軌道艙集工作、吃飯、睡覺(jué)和清潔等諸多功能于一體。軌道艙的兩側(cè)安裝有太陽(yáng)能電池板，在獨(dú)自飛行時(shí)也有電能供應(yīng)。

返回艙呈鐘形，有艙門(mén)與軌道艙相通。返回艙是飛船的指揮控制中心，長(zhǎng)2米，直徑2.4米，內(nèi)設(shè)可供三名航天員斜躺的座椅，供航天員起飛、上升和返回階段乘坐。

推進(jìn)艙呈圓柱形，長(zhǎng)3米，直徑2.5米，底部直徑2.8米，內(nèi)部裝載推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)劑，為飛船提供調(diào)整姿態(tài)和軌道以及制動(dòng)減速所需要的動(dòng)力，還有電源、環(huán)境控制和通信等系統(tǒng)的部分設(shè)備。

5 太空中的新家：中國(guó)空間站

圖片

圖注：神舟十三發(fā)射升空前，中國(guó)空間站的形態(tài)：中間核心艙 兩頭貨運(yùn)飛船

中國(guó)空間站正在急鑼密鼓建設(shè)中，“天和”核心艙4月29日發(fā)射入軌后已經(jīng)先后接待了天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船、神舟十二號(hào)載人飛船和天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船。

“天和”號(hào)核心艙。核心艙全長(zhǎng)16.6米，最大直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量22.5噸，核心艙在設(shè)計(jì)上有很大突破，供航天員工作生活的空間達(dá)到了50立方米，可支持3名航天員長(zhǎng)期在軌駐留。

6 挑戰(zhàn)難度更大的對(duì)接方式：徑向?qū)?/h1>

圖注：神舟十三號(hào)對(duì)接在空間上的構(gòu)型

目前，天舟二號(hào)和天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船都處于與核心艙對(duì)接狀態(tài)。神舟十二號(hào)返回地面后，空出來(lái)的核心艙上的“軸向?qū)涌凇保ㄇ跋驅(qū)涌冢┍惚惶熘鄱?hào)貨運(yùn)飛船占用。天舟三號(hào)則對(duì)接在了原來(lái)天舟二號(hào)上的對(duì)接口上。這樣，核心艙前后兩個(gè)軸向?qū)涌诙急徽加茫裰凼?hào)載人飛船只能垂直對(duì)接在“徑向?qū)涌凇鄙稀?/span>

如果你一直關(guān)注神舟飛船的動(dòng)態(tài)，就會(huì)記得在9月17日神舟十二號(hào)準(zhǔn)備返回前夕進(jìn)行過(guò)徑向?qū)拥哪M演練。

徑向?qū)颖容S向?qū)与y度更大。徑向?qū)邮秋w船從核心艙的下方接近，飛船和核心艙的軌道高度有一定偏差，且這種垂直對(duì)接的方式使得姿態(tài)控制難度也加大了。而此前進(jìn)行過(guò)的都是軸向?qū)樱w船和核心艙同在一個(gè)高度，更容易對(duì)接，姿態(tài)也更容易維持。

既然這么難，為何非要徑向?qū)幽兀亢?jiǎn)單來(lái)講，未來(lái)航天員進(jìn)行太空輪班交接的時(shí)候，可以同時(shí)將兩艘載人飛船對(duì)接在空間站上。

7 完全建成后的空間站什么樣子？

圖注：建成后我國(guó)空間站的基本結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)貨運(yùn)飛船、載人飛船與核心艙對(duì)接的狀態(tài)（藝術(shù)圖）

按計(jì)劃，2022年前后，建成后的空間站將由一個(gè)核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙組成，整體呈現(xiàn)一個(gè)T字形結(jié)構(gòu)。除了這次的 “天和”核心艙外，另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙分別名為“問(wèn)天”和“夢(mèng)天”。

其中，核心艙又可細(xì)分為：節(jié)點(diǎn)艙、生活控制艙和資源艙。節(jié)點(diǎn)艙用于對(duì)接“神舟”載人飛船、用于空間實(shí)驗(yàn)艙的停泊和航天員的出艙；生活控制艙用于航天員工作、實(shí)驗(yàn)和睡眠休息等；資源艙為核心艙提供能源保障和對(duì)接“天舟”貨運(yùn)飛船等。

“問(wèn)天”和“夢(mèng)天”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙分別用于生物、材料、微重力流體和基礎(chǔ)物理等方面的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

具體來(lái)講，“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙主要用于開(kāi)展艙內(nèi)和艙外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，也是航天員的工作生活場(chǎng)所和應(yīng)急避難場(chǎng)所，配備有航天員出艙活動(dòng)專用氣閘艙，支持航天員出艙活動(dòng)，還有小型機(jī)械臂，可進(jìn)行艙外載荷自動(dòng)安裝操作。

除此之外，它還有核心艙部分關(guān)鍵平臺(tái)功能，這意味著在需要的時(shí)候，還可以接管對(duì)空間站的管理和控制。“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙除具備和“問(wèn)天“實(shí)驗(yàn)艙類似的功能外，還配置有貨物專用氣閘艙，在航天員和機(jī)械臂的輔助下，支持貨物、載荷自動(dòng)進(jìn)出艙。

在空間站常態(tài)化運(yùn)行后，將有三名航天員作為一個(gè)乘組長(zhǎng)期駐留，定期輪換。輪換期間，最多可有6名航天員同時(shí)在空間站工作，完成交接后，前一個(gè)乘組乘坐載人飛船返回地球。

8 我國(guó)天宮一號(hào)和天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室

天宮一號(hào)于2011年9月29日發(fā)射升空，是中國(guó)載人航天工程發(fā)射的第一個(gè)目標(biāo)飛行器，也是中國(guó)第一個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室。

2011年11月3日，天宮一號(hào)與神舟八號(hào)飛船完成中國(guó)首次空間飛行器自動(dòng)交會(huì)對(duì)接任務(wù)，并進(jìn)行了二次自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，形成組合體。

2012年6月18日，天宮一號(hào)與神舟九號(hào)完成自動(dòng)交會(huì)對(duì)接工作，形成組合體。

2013年6月13日，神舟十號(hào)與天宮一號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，形成組合體，航天員入駐天宮一號(hào)。

圖注：2013年，神舟十號(hào)航天員王亞平在天宮一號(hào)里進(jìn)行太空授課，演示小陀螺在失重狀態(tài)下的行為

對(duì)于普通大眾來(lái)講，2013年，神舟十號(hào)航天員王亞平在天宮一號(hào)里進(jìn)行的首次太空授課令人印象深刻！那次太空授課主要面向中小學(xué)生，使他們了解微重力條件下物體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)、液體表面張力的作用，加深對(duì)質(zhì)量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。據(jù)悉，在本次神舟十三任務(wù)期間，王亞平將會(huì)給大家?guī)?lái)更加豐富多樣的科普課，值得期待。

2016年3月16日，天宮一號(hào)正式終止數(shù)據(jù)服務(wù)，全面完成了歷史使命。

2018年4月2日，天宮一號(hào)再入大氣層，再入落區(qū)位于南太平洋中部區(qū)域，絕大部分器件在再入大氣層過(guò)程中燒蝕銷毀。

再來(lái)看一下天宮二號(hào)的情況。天宮二號(hào)于2016年9月15日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，先后與神舟十一號(hào)、天舟一號(hào)進(jìn)行對(duì)接，承擔(dān)著驗(yàn)證空間站相關(guān)技術(shù)的重要使命，是中國(guó)第一個(gè)真正意義上的太空實(shí)驗(yàn)室，科研碩果累累。例如，天宮二號(hào)上搭載的設(shè)備首次進(jìn)行了量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)；搭載的伽瑪射線暴偏振探測(cè)儀器共探測(cè)到55個(gè)伽馬暴，還觀測(cè)到了蟹狀星云脈沖星的信號(hào)，并在國(guó)內(nèi)首次利用脈沖星信號(hào)實(shí)驗(yàn)定軌。

2019年7月19日，天宮二號(hào)完成使命，受控離軌并再入大氣層，少量殘骸落入南太平洋預(yù)定安全海域。

9 建設(shè)中國(guó)空間站后續(xù)還有六次發(fā)射

喜歡航天的朋友有福了，在2021和2022兩年時(shí)間里，建設(shè)空間站的火箭進(jìn)行11次發(fā)射，目前已經(jīng)執(zhí)行了5次發(fā)射，還有6次發(fā)射。執(zhí)行這些任務(wù)的分別是發(fā)射空間站各艙室的長(zhǎng)征五號(hào)B火箭、發(fā)射貨運(yùn)飛船的長(zhǎng)征七號(hào)火箭和發(fā)射載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F火箭。

其中，長(zhǎng)征五號(hào)B和長(zhǎng)征七號(hào)在文昌發(fā)射中心發(fā)射，神舟載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，屆時(shí)，有條件的朋友記得到現(xiàn)場(chǎng)觀看。

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