飞船在太空都干啥盘点神舟飞船上的空间实验

中国航天 · 2016-10-31 15:24:30

载人航天工程绝非飞上去、落回来那么简单，形形色色的空间实验也是重要内容。　　　　自1999年神舟一号飞船发射至今，我国载人航天工程进行了各项技术验证试验，开展了大量空间科学实验，涵盖空间环境、空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等多个领域。　　　　神舟一号：开启“太空诱变育种”实验　　　　神舟一号共在太空中飞行了21个小时，其实验内容以验证载人航天技术为主。　　　　这次试验取得了一系列技术成就，成功验证了飞船关键技术和系统设计的正确性，以及发射、测控通信、着陆回收等地面设施在内的整个工程大系统工作的协调性，试验各项目的均已达到。　　　　但这次试验也存在一些技术缺憾。例如火箭逃逸系统和故障检测系统虽参加了任务，但不具备逃逸功能；飞船十三个分系统中，结构与机构、热控、电源、制导导航与控制、数据管理、推进、测控通信、回收着陆、环控生保九个分系统全部参加试验，有效载荷、乘员、仪表照明三个分系统只是部分设备参加了试验，涉及航天员安全的应急救生分系统没有参加试验；航天员系统和飞船应用系统除个别设备参加试验外，绝大部分设备是工艺件，不加电工作；着陆场系统没有启用副场等。　　　　同时，神舟一号搭载了一些农作物种子，包括青椒、甜瓜、番茄、西瓜、豇豆、萝卜等，以及甘草、板蓝根等中药材。尽管科学实验相对较少，但开启了我国“太空诱变育种”实验，对后续研究影响深远。　　　　神舟二号：我国第一个“太空实验舱”　　　　与神舟一号相比，神舟二号的系统结构有了新的扩展，技术性能有了新的提高。飞船共飞行了6天零18小时，其间开展了一系列空间科学及技术试验。　　　　神舟二号共搭载64件科学实验设备，均为首次上天的正式产品。其中有进行空间材料科学试验的多工位空间晶体生长炉和空间晶体生长观察装置；有进行空间生命科学试验的空间蛋白质结晶装置和空间通用生物培养箱；有进行空间天文观测的太阳和宇宙天体高能辐射监测仪，包括超软X射线探测器、X射线探测器和γ射线探测器；有进行空间环境探测的大气成分探测器、大气密度探测器和固体径迹探测器；有有效载荷公用系统，还有微重力测量仪等。这些设备几乎遍及三个舱段的各个角落，把飞船变成了名副其实的“太空实验舱”。　　　　借助这些设备，我国首次在飞船上进行了微重力环境下空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等领域的实验，包括半导体光电子材料、氧化物晶体、金属合金等多种材料的晶体生长，蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长，植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织的空间环境效应实验等。同时穿插进行了部分对地观察设备的在轨测试，以及空间天文、环境监测仪器的试验任务。这是我国首次在自己研制并发射的飞船上进行多学科、大规模和前沿性的空间科学与应用研究。　　　　神舟三号：验证舱内环境控制和生命保障系统　　　　神舟三号装载了10项44台有效载荷设备，以对地观测和科学实验为主，主要有卷云探测仪、中分辨率成像光谱仪、地球环境监测系统、多工位空间晶体生长炉、空间蛋白质结晶装置、空间细胞生物反应器、空间环境监测系统、窗口组件及有效载荷公用设备等。飞船自主飞行期间，空间应用系统主要进行了材料科学和生命科学试验，同时穿插进行了部分光学遥感在轨测试，以及地球环境探测和空间环境高层大气监测仪器的试验任务。　　　　同时，飞船上还乘坐了一位“船长”——这是个装有人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备的人体模型，能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数。结果表明，拟人载荷提供的生理信号和代谢指标正常，验证了与载人航天直接相关的座舱内环境控制和生命保障系统，证明这套系统完全能满足载人的医学要求。　　　　值得一提的是，神舟三号返回舱回到地面后，其轨道舱仍然在轨飞行，并在随后约半年中开展了多光谱对地遥感观测和地球环境监测等空间科学和应用试验。相比美俄等国将分离后的轨道舱废弃的做法，我国神舟飞船轨道舱留轨利用是一大特色，既节约了成本，又提高了空间科学研究及应用的效率。　　　　神舟四号：别开生面的“太空婚礼”　　　　2003年元旦刚过，两场别开生面的“太空婚礼”在神舟四号上举行。　　　　神舟四号搭载了52件科研设备，除了参加过此前飞行试验的大气成分探测器等19件设备外，还有空间细胞电融合仪等33件设备首次上天。借助这些生物实验设备，一对动物细胞——B淋巴细胞和骨髓瘤细胞、一对植物细胞——黄花烟草原生质体和革新一号烟草原生质体，在飞船上“喜结连理”。专家介绍，在微重力条件下，细胞在融合液中的重力沉降现象将消失，更有利于细胞间进行配对、融合等“亲热举动”，此项研究将为空间制药探索新方法。　　　　有趣的是，神舟三号的“船长”也跟随神舟四号再度出征。这个由仿真技术做成的模拟人体重70公斤，身体每一部分的形状与真人宇航员基本一致，能够满足航天服的穿脱，能以航天员的姿态“坐”飞船座椅上，还可以模拟宇航员在太空生活时的脉搏、心跳、呼吸、饮食和排泄等多种重要生理参数，并随时受到地面指挥中心的监控。飞船上还有不少“乘客”，包括有粮油作物、蔬菜、草、树、药材和真菌六大类上百个植物品种。　　　　神舟五号：向太空送去第一位中国“访客”　　　　与之前的神舟飞船相比，神舟五号受到了空前关注，向浩瀚太空送去第一位中国“访客”——杨利伟。　　　　神舟五号任务中首次增加了故障自动检测系统和逃逸系统，设定了几百种故障模式，一旦发生危险会立即自动报警。即使在飞船升空一段时间后，航天员也能通过火箭逃逸塔脱离险境。飞船还具备自主应急返回的能力，在应急情况下允许航天员返回全球预定的10个应急着陆区。同时具备人工控制返回功能，在自动返回系统失效的情况下，航天员可以手动控制返回地面。　　　　任务期间，航天员不进入轨道舱、不脱航天服，按预先规定的程序和地面指挥手动补发船箭分离、帆板展开、推返分离等指令，完成了飞船状态监视、血压测量、摄影摄像、饮食睡眠等工作。由于本次任务的主要目的是考察航天员在太空环境中的适应性，因此舱内的实验项目及仪器尽量减少，以便腾出更多空间供航天员活动并进行科学观察。　　　　不过，当杨利伟乘坐返回舱回到地面之后，神舟五号轨道舱仍在太空中运行了100多天，开展了空间环境监测、空间定位等科学实验，获得了一大批有价值的科学数据。　　　　神舟六号：实现我国首次有人参与的空间科学实验　　　　神舟六号是国第一艘执行“多人多天”任务的载人飞船，这次任务中，我国第一次实现了有航天员参与的空间科学实验。　　　　飞船升空8个多小时后，航天员费俊龙在聂海胜的配合下打开了返回舱与轨道舱之间的舱门，进入轨道舱开展空间科学实验。第二天，两位航天员开始有意识地加大动作幅度，以试验人的扰动对飞船姿态的影响。在进行了开关舱门、穿脱压力服、穿舱、抽取冷凝水四项“在轨干扰力”试验后，科研人员确定这些活动对飞船姿态的影响很小，飞船可保持正常飞行，无需纠正飞船姿态。　　　　为满足任务要求，神舟六号新增了40多台设备和6个软件，作出了110项技术改进。比如食品柜得到真正使用，通过水箱和单独的软包装两种方式准备了航天员用水；放置了食品加热装置和餐具；轨道舱中挂有一个睡袋，供两名航天员轮流休息；设置了专门的清洁用品柜，航天员可以用里面的温巾等物品进行清洁等。同时，飞船上还首次使用了大小便收集装置。　　　　这次任务以宇航员本身作为生理试验的对象，考验了人体在太空环境中的新陈代谢情况。这也是中国首次在自己的载人航天任务中进行航天医学空间实验研究，为人类将来在太空生存的航天医学研究奠定了基础。　　　　神舟七号：将空间实验从舱内移到舱外　　　　神舟七号任务最大的特点，就是将空间实验的地点从舱内移到了舱外。　　　　2008年9月26日23时36分，航天员翟志刚身穿我国自主研发的飞天号舱外航天服在太空亮相，成为我国“太空漫步”第一人。　　　　为了完成航天员出舱活动，神舟七号的轨道舱得到了改进，既保留满足航天员生活的功能，又能充当出舱活动所需的气闸舱。不论是航天员出舱还是返回，舱门打得开、关得上、密封可靠是至关重要的环节。在沿用此前成熟技术的基础上，神舟七号的舱门作出了十多项改进，通径也有所增加。　　　　这次任务还验证了伴飞卫星释放支持及分离安全性设计技术。伴飞卫星是伴随在航天器附近作周期性相对运动的卫星。神舟七号上开展了我国首次在轨释放伴飞卫星及其伴随飞行试验，为伴飞卫星提供了释放平台，验证了释放能力，解决了伴飞卫星释放后对飞船的安全性影响问题。　　　　此外，任务中还进行了固体润滑材料试验。固体润滑材料试验装置是一件能可靠锁紧和便利解锁的锁紧机构，在发射阶段将样品台固定在舱外，航天员在出舱活动期间解锁并回收样品台。这项实验可为研发新一代高可靠性、长寿命空间固体润滑材料与润滑技术提供理论与技术支持。　　　　神舟八号：与天宫一号实现太空“牵手”　　　　2011年11月3日凌晨1点36分，神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器成功实现太空“牵手”，完成了我国首次空间无人自动交会对接，标志着我国成为继苏、美后第三个自主掌握自动交会对接技术的国家。　　　　为了完成这次壮举，神舟八号在前期飞船的基础上进行了较大的技术改进。全船共有设备600多台套，半数以上的技术状态发生了变化，其中新研制的设备占15%。这些变化主要体现在两个方面，一是为使飞船具备自动和手动交会对接功能，新增加和改进了一些设备。比如新研制了异体同构周边式构型和多种交会对接测量设备，全新设计和研发了用于交会对接自主控制的飞行软件、控制软件，飞船上增配了平移和反推发动机。同时，航天员的手动控制设备也进行了改进。二是提升了飞船的能力。神舟八号在前期具备57天自主飞行能力的基础上，还具备停靠180天的能力。飞船电源帆板采用新的太阳能电池片，发电能力提高了50%。降落伞系统和着陆缓冲系统也得到改进，提高了使用的可靠性。　　　　神舟八号上也有形体假人随之上天，相关科学实验数据用于为其他和天宫一号进行交会对接的载人飞船提供佐证。有关专家强调指出，只有神舟八号返回舱返回地面才能叫圆满完成任务。若不能安全返回，对今后飞船是否载人会造成影响。　　　　此外，飞船上首次实现了中外合作，由中德两国共同开展了17项生命科学实验项目。　　　　神舟九号：航天员吃饭睡觉均为重要实验内容　　　　神舟九号与天宫一号实现了我国首次载人交会对接，在航天员进入“天宫”的同时，也意味着我国空间实验拥有了更宽敞的场所。　　　　天宫一号舱内空间约有40立方米，其中有效活动空间约15立方米，分为锻炼、休息等区域，餐厅和厕所则设在轨道舱里。　　　　“天宫”里还有两个“卧室”，采取私密性设计，可以拉上帘子隔挡，一位航天员值班时，其余两位可以同时休息。“卧室”里有通风设备和独立可调的照明设备，还首次配备天地双向可视通话系统。床则是四角固定的睡袋，航天员睡觉时，就带着自己的卧具钻进去。　　　　这些事情，在日常生活中再平凡不过，但在太空里，航天员锻炼、吃饭、睡觉、打扫卫生，都是空间实验的重要内容。在组合体驻留期间，航天员共承担了15项航天医学相关空间实验。其中包括航天飞行对前庭眼动、心血管及脑高级功能影响研究，失重生理效应防护的细胞学机制研究，空间骨丢失防护技术研究，在轨有害气体采集与分析，航天员在轨质量测量五个主要项目。　　　　此外，神舟九号还首次搭载活体蝴蝶（卵和蛹）升空，并把天宫一号上搭载的种子带回了地面。(本报记者付毅飞)

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