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空间站建造:天上有人好办事儿

中国航天报

6月5日20时50分,神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲依次进入天和核心舱,正式开启了为期6个月的长期驻留飞行任务。“神舟十四号”是我国空间站建造阶段的首次载人飞行任务,航天员在半年的飞行任务期间将进行问天实验舱和梦天实验舱的组装,最终完成T字型空间站的建造任务,因此3名航天员在空间站将经历复杂的工况和忙碌的工作。那么,在载人空间站建造阶段,航天员都会从事哪些工作呢?

建成后的天宫空间站示意图

建站航天员无可替代

人类早期建造的空间站,例如苏联的“礼炮号”系列和美国的“天空实验室”都是单舱结构空间站,可以使用火箭一次性发射入轨,虽然在太空没有那么复杂的建造过程,但航天员仍然具有无可替代的作用。

以“天空实验室”为例。在首次载人任务中,阿波罗载人飞船与“天空实验室-2”的几次对接都不成功,原因是飞船对接口的捕获锁失灵,航天员只好穿上舱外航天服走出舱门进行一些修理工作,然后飞船才和“天空实验室”对接成功。

美国天空实验室空间站

虽然现代载人航天器成熟可靠,但仍然避免不了一些意外出现。2004年,俄罗斯联盟号载人飞船对接国际空间站时,出现了相对速度过快,不得不转为手动交会对接,证明了在建站飞行中,航天员作为“定海神针”仍是必要的。

另外,现代的多舱式和桁架式空间站则需要多次使用火箭将各个舱段发射升空,在轨对接组装成一个完整的空间站。

在建站过程中,随着新舱段的到来,空间站还要进行多次交会对接和舱段转位等任务,不仅需要航天员进行空间站和来访飞行器的状态监视,必要时还要航天员实时手动交会对接,或是操纵大型机械臂实施人工舱段转位。

当新舱段对接完成后,航天员会进驻并装饰内部,一般还需要进行较长时间的在轨安装和调试工作。

一方面要进行对空间站接口各项功能的检查和监测,确保各项电气液功能连接和工作正常,并进行两个舱段的网络连接工作,以及监测对接机构的长期密封性。

另一方面要使用先期运达或稍后运到的物资、工具和设备对新舱段进行调整或安装设备等。因此,航天员在空间站建造期间的任务十分繁忙。

舱外装配少我不行

在空间站建造阶段,航天员的舱外装配工作更是起到至关重要的作用。例如,美国航天员乘坐阿波罗载人飞船进入“天空实验室”后,先是安装了新的隔热罩,然后出舱费了九牛二虎之力展开了一侧的太阳能电池板。因此,在空间站舱外装配工作中需要航天员参与。

随着建造的空间站越来越复杂,航天员舱外工作也就越来越多。尤其是美国在上世纪80年代提出的自由号空间站计划,极为依赖航天员的舱外装配工作。

美国提出的自由号空间站想象图

“自由号”作为一个庞大的双龙骨桁架式空间站,在建设阶段需要航天员出舱进行大量的组装和维护工作。按照当时美国宇航局的评估,完成该空间站的建造工作,需要航天员出舱执行数百次的任务。不过,“自由号”因为一些原因没有进入工程建造阶段,最终只停留在纸面上。

作为“自由号”的后继者,现役的国际空间站即使不是桁架式设计,也可以看作是“自由号”后期单龙骨构型和苏联/俄罗斯和平号空间站的“混血儿”。如果以2011年美国航天飞机最后一次执行飞行任务作为国际空间站基本建成的标志,航天员在国际空间站建造期间共进行了159次出舱活动,在空间站的建造中起到了很大作用。

空间站建造阶段,航天员出舱具体干啥呢?我国“神舟十三号”任务期间,航天员出舱抬升了天和核心舱外的摄像头等,“神舟十四号”任务也将进行2~3次出舱活动,未来还可能将核心舱上安装的太阳翼转移到两个实验舱两端,这些都是需要航天员出舱才能完成的复杂工作。

国际空间站作为半桁架结构,又是由多国联合实施的复杂项目,在建造期间,航天员出舱组装了庞大的桁架机构、太阳能电池翼和加拿大机械臂移动服务系统,并为美国命运号实验舱、日本希望号实验舱和欧洲哥伦布实验舱安装了众多舱外设施和科学试验载荷,还更换过控制力矩陀螺和蓄电池。

2021年,俄罗斯航天员在国际空间站上为迎接科学号实验舱的到来,执行了两次舱外活动来连接电缆。

2021年7月,科学号实验舱发射升空并成功对接国际空间站后,俄罗斯航天员又进行了多次舱外活动,执行诸如机械臂、气闸舱、附加散热器和舱外载荷固定装置的在轨检测和安装任务。

应急抢险非我莫属

虽然人类在外太空十分脆弱,但空间站作为一个复杂和精密的系统,不仅建造时需要航天员的在轨装配和维护,一旦出现故障也需要航天员应急抢险。

载人航天任务人命关天,科研人员在执行每次任务前都会做好各项预案,但天上的突发情况通常属于“意料之外”的范畴。例如,空间站的计算机控制系统突然出现故障,载人增压舱段内发生了火灾或虚警,舱内出现不明气体或检测到气体泄漏等,都需要航天员当机立断做出决策和处理。

通常来说,这种非正常情况一旦发生,墨守成规的空间站控制系统很难给出最优的解决方案,甚至它本身就是需要解决的问题。这时,只有航天员依靠自己的知识和经验来解决问题,也只有空间站上的航天员能根据现场情况随机应变进行判断和处理。如果没有航天员发挥主观能动性进行应急处理,很难解决这些意外出现的事情。

空间站建造阶段,各个子系统还没有经过时间的检验,容易出现各种问题,应急抢险是最艰巨的任务,也是对航天员要求最高的任务,更是航天员非我莫属的场合。

俄罗斯的和平号空间站曾两次出现巨大危机,航天员都发挥了不可替代的作用。1997年2月,和平号空间站上突发火灾,舱内充满了刺鼻的烟雾,航天员一时伸手不见五指,他们取下墙上的灭火器扑灭火焰,之后又调整恢复空气成分,还修复了部分受损设备。

运行在太空的和平号空间站

另外,“和平号”还遭遇进步号货运飞船的撞击,致使太阳翼受损,光谱舱被撞开大口子,导致空间站电力不足旋转失控,好在航天员紧急关闭了舱门,切断了舱门处的电缆,并动用飞船发动机初步控制了姿态,才让“和平号”起死回生。

这些空间站应急抢险的事例证明,航天员在空间站建造中发挥着重要的作用。

评论
科普云久
举人级
中国空间站太空家园,雄伟壮观,俯瞰美丽地球我们的家园,昂首仰望苍穹,傲视星辰大海!
2022-06-14
LKP
少师级
空间站建造阶段,航天员的舱外装配工作更是起到至关重要的作用,建站航天员无可替代
2022-06-15
高庄村杨晓飞
举人级
为祖国强荣繁大感到自豪!这么复杂的技术都能达到,非常高兴,早日冲出地球,开辟新的乌托邦
2022-06-14