4月16日，神舟十三號(hào)載人飛船返回艙平安抵達(dá)內(nèi)蒙古東風(fēng)著陸場(chǎng)。從2021年10月16日發(fā)射進(jìn)入太空開始計(jì)算，由翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員組成的神舟十三號(hào)乘組共執(zhí)行了6個(gè)月的空間站任務(wù)。在這6個(gè)月當(dāng)中，他們?cè)诳臻g站都做了哪些工作?有哪些重要意義?本文將進(jìn)行簡(jiǎn)要回顧和分析。

首先，神舟十三號(hào)乘組任務(wù)的成功開展，讓我國(guó)在載人航天領(lǐng)域的綜合能力和水平又上了一個(gè)新臺(tái)階。這種水平和能力的提升可以直觀地從時(shí)間、空間、質(zhì)量等多個(gè)評(píng)價(jià)維度的定量指標(biāo)來體現(xiàn)，例如與神舟十二號(hào)乘組相比，航天員的在軌時(shí)間從3個(gè)月提升到了6個(gè)月;空間站的整體規(guī)模從3個(gè)艙段(飛船)構(gòu)成的49噸級(jí)組合體擴(kuò)展成為4個(gè)艙段(即神舟十三號(hào)飛船、天和核心艙、天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船、天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船)構(gòu)成的組合體，相當(dāng)于航天員的“住處”從兩室一廳變成了三室一廳。

此外，在神舟十三號(hào)乘組在軌期間，我國(guó)驗(yàn)證和形成了多項(xiàng)新的技術(shù)能力，從公開報(bào)道來看，包括但不限于以下幾種：

航天應(yīng)急救援和在軌緊急撤離能力。在此前的神舟十二號(hào)任務(wù)中，我國(guó)首次實(shí)施了載人飛船和火箭“應(yīng)急救援待命”，也就是當(dāng)航天員在空間站遇到意外或危險(xiǎn)，需要立即返回地球時(shí)，可以立即發(fā)射備份的火箭和飛船，將航天員從太空接回地球。所以這次神舟十三號(hào)任務(wù)的飛船、火箭均是在發(fā)射場(chǎng)直接由應(yīng)急待命的備份狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)射狀態(tài)。此外，2021年11月7日，神舟十三號(hào)飛行乘組進(jìn)行了首次在軌緊急撤離演練，模擬了在空間站核心艙遭遇撞擊、內(nèi)部產(chǎn)生失壓時(shí)，3名航天員緊急撤離到神舟十三號(hào)返回艙中的情況。隨著我國(guó)空間站開啟有人長(zhǎng)期駐留時(shí)代，具備這種應(yīng)急能力對(duì)于保障航天員生命安全顯然至關(guān)重要。

復(fù)雜航天設(shè)施的在軌組裝和建造能力。神舟十三號(hào)飛船首次從“徑向”與我國(guó)空間站進(jìn)行了自主交會(huì)對(duì)接，而此前從神舟八號(hào)以來的我國(guó)5艘飛船與目標(biāo)都是“軸向”對(duì)接，這兩種方向夾角相差90度。為了實(shí)現(xiàn)徑向?qū)樱蒲腥藛T開發(fā)了基于北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)的多源數(shù)據(jù)融合實(shí)時(shí)計(jì)算、具備多目標(biāo)識(shí)別及繞飛功能的激光雷達(dá)等關(guān)鍵技術(shù)和方法。此外，2022年1月6日，我國(guó)首次開展利用空間站機(jī)械臂轉(zhuǎn)位貨運(yùn)飛船的試驗(yàn)，驗(yàn)證了利用機(jī)械臂操作大型航天裝備的技術(shù)可行性和有效性。受限于單次運(yùn)載火箭的發(fā)射能力，像空間站這樣的大型航天設(shè)施都需要采用多次發(fā)射、在軌組裝的方式來完成“搭積木”式的建造，因此相信本次驗(yàn)證的機(jī)械臂等關(guān)鍵技術(shù)未來還將發(fā)揮重要作用。

在軌遙控航天器實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接的能力。2022年1月8日，神舟十三號(hào)航天員乘組在地面技術(shù)人員的協(xié)同下，手動(dòng)遙控完成了天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與空間站組合體的交會(huì)對(duì)接，這是我國(guó)首次開展此類試驗(yàn)。當(dāng)航天器的自主交會(huì)對(duì)接發(fā)生故障或意外時(shí)，這種由航天員在軌遙控實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接的能力可以發(fā)揮重要的備份作用。

載人航天器快速再入返回的能力。神舟十二號(hào)飛船的返回過程歷時(shí)一天多，而神舟十三號(hào)返回任務(wù)首次采用了“快速返回方案”，將再入返回過程由11圈縮減至5圈，時(shí)長(zhǎng)縮短到了幾個(gè)小時(shí)，但變軌和飛行動(dòng)作沒有減少。在更短時(shí)間內(nèi)完成返回，相當(dāng)于航天員的返程體驗(yàn)從“綠皮車”換成了“高鐵”，而這對(duì)地面測(cè)控和飛船返回艙都提出了更高挑戰(zhàn)。

此外，神舟十三號(hào)乘組任務(wù)還進(jìn)一步驗(yàn)證和提升了航天指揮控制能力、天地協(xié)同能力、艙內(nèi)外航天員協(xié)同能力、航天運(yùn)輸能力等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)我國(guó)載人航天工程各個(gè)系統(tǒng)的一次全面考核。

3位航天員將自己當(dāng)作“小白鼠”

載人空間站具有支持科學(xué)探索和研究新現(xiàn)象新規(guī)律的得天獨(dú)厚、獨(dú)一無二的條件，包括長(zhǎng)期的微重力環(huán)境、真空、低溫、強(qiáng)輻射環(huán)境、有人參與的條件等，非常適合作為太空實(shí)驗(yàn)室，開展航天醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、生物技術(shù)、微重力物理、空間天文學(xué)、地球科學(xué)等領(lǐng)域的研究。因此，神舟十三號(hào)乘組的另一大“功勞”是其在軌期間支持開展了一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲得了全新的知識(shí)，推進(jìn)了我國(guó)甚至全人類對(duì)自然和宇宙的認(rèn)知邊界。尤為可敬的是，微重力環(huán)境下的人體本身事實(shí)上就是“實(shí)驗(yàn)對(duì)象”，相當(dāng)于3位航天員將自己當(dāng)作“小白鼠”，去幫助全人類了解長(zhǎng)期的失重和封閉的環(huán)境對(duì)人體健康的影響。

神舟十三號(hào)任務(wù)期間完成的在軌實(shí)驗(yàn)有二十余項(xiàng)，其中包括：

微重力環(huán)境下人體操作能力的變化。東南大學(xué)宋愛國(guó)教授等人開發(fā)了供航天員在軌使用的操作力測(cè)量傳感器與設(shè)備，神舟十三號(hào)乘組利用這套設(shè)備，完成了航天員在軌指捏力、手握力、推拉力、雙手插拔力、雙手旋轉(zhuǎn)力矩、足部多維力等精準(zhǔn)測(cè)量，獲取了微重力環(huán)境下人的生物力學(xué)等測(cè)量數(shù)據(jù)。

不同重力條件對(duì)心肌細(xì)胞收縮過程的影響。利用心肌細(xì)胞對(duì)重力敏感的特性，借助航天員的在軌實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，中國(guó)航天員訓(xùn)練中心的李瑩輝研究員等人開展了地面和在軌心肌細(xì)胞收縮過程的對(duì)比研究。據(jù)介紹，該技術(shù)對(duì)研究大眾健康、人類的衰老與再生，包括人類的長(zhǎng)壽和心臟病的發(fā)生，提供了非常好的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

皮膚干細(xì)胞失重懸浮培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。依托中國(guó)空間站和神舟十三號(hào)任務(wù)，我國(guó)科研工作者設(shè)計(jì)了特制的培養(yǎng)容器，讓細(xì)胞在太空懸浮條件下完成了長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的存活。該實(shí)驗(yàn)室為長(zhǎng)期失重條件的細(xì)胞研究提供了重要的技術(shù)平臺(tái)。

由于對(duì)神舟十三號(hào)在軌期間取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還有更多分析和研究工作要開展，相信未來一段時(shí)間，還會(huì)有更多科學(xué)探索成果不斷涌現(xiàn)。

面向社會(huì)開放貨運(yùn)飛船搭載資源

載人航天工程的成功實(shí)施可以帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。有分析認(rèn)為，20世紀(jì)60到70年代美國(guó)實(shí)施的“阿波羅計(jì)劃”每投資1美元就產(chǎn)生了14美元的回報(bào)，這種回報(bào)主要是基于阿波羅計(jì)劃產(chǎn)出的3000多項(xiàng)專利技術(shù)來測(cè)算的，包括脫水蔬菜技術(shù)、條形碼技術(shù)、核磁共振和計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)技術(shù)等。近年來，在國(guó)際商業(yè)航天迅猛發(fā)展的背景下，航天經(jīng)濟(jì)、大航天時(shí)代等概念逐步為人們所熟知，我國(guó)2022年1月28日發(fā)布的《2021中國(guó)的航天》白皮書也提出“加速航天技術(shù)成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，推動(dòng)空間應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升航天發(fā)展效益效能”。

作為跨部門、跨行業(yè)合作的系統(tǒng)工程，包括神舟十三號(hào)在內(nèi)的我國(guó)載人航天歷次任務(wù)，都有國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)參與，客觀上對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步起到了帶動(dòng)作用。值得一提的是，在神舟十三號(hào)乘組任務(wù)期間，我國(guó)首次發(fā)布公告，面向社會(huì)開放了貨運(yùn)飛船搭載資源。2021年11月25日，中國(guó)載人航天工程辦公室首次面向社會(huì)公開征集天舟飛船搭載科學(xué)技術(shù)試(實(shí))驗(yàn)和應(yīng)用項(xiàng)目，宣布我國(guó)天舟系列貨運(yùn)飛船(具有接近6.5噸的物資上行能力)將以平均每年2艘的頻度實(shí)施發(fā)射。公告還指出，自神舟一號(hào)飛行任務(wù)開始，歷次任務(wù)中都搭載了具有科研價(jià)值或社會(huì)效益的項(xiàng)目，在服務(wù)帶動(dòng)科學(xué)研究、農(nóng)業(yè)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級(jí)等方面發(fā)揮了積極作用。

“天宮課堂”成功創(chuàng)辦“美國(guó)分校”

航天一直是滿足人類好奇心、激發(fā)社會(huì)公眾特別是青少年對(duì)科學(xué)和技術(shù)熱愛與興趣的重要領(lǐng)域。自1957年首顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射、人類進(jìn)入太空時(shí)代開始，美國(guó)和蘇聯(lián)就十分重視通過航天任務(wù)開展科普教育、培養(yǎng)未來人才;而航天員更是天然的科學(xué)知識(shí)和探索精神的“宣傳委員”。

神舟十三號(hào)乘組任務(wù)期間共開展了兩次“太空授課”，收獲了非常顯著的效果。2021年12月9日，神舟十三號(hào)“天宮課堂”第一課正式開講，3位航天員演示了微重力環(huán)境下細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)、人體運(yùn)動(dòng)、液體表面張力等神奇現(xiàn)象。2022年3月23日，“天宮課堂”第二課開講，演示了微重力環(huán)境下太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)、液橋演示實(shí)驗(yàn)、水油分離實(shí)驗(yàn)、太空拋物實(shí)驗(yàn)等。在兩次“太空授課”過程中，3名航天員都通過視頻與地面師生進(jìn)行了實(shí)時(shí)的互動(dòng)交流，相信在許多孩子心中播下了追逐科學(xué)技術(shù)夢(mèng)想的種子。

2022年4月，在中國(guó)駐美使館的推動(dòng)下，神舟十三號(hào)乘組還回答了十幾個(gè)由美國(guó)孩子提出的問題，秦剛大使4月10日同上百名美國(guó)孩子在使館一起收看了3位航天員的“天空回答”視頻。可以說，我國(guó)的“天宮課堂”成功創(chuàng)辦了“美國(guó)分校”，客觀上起到了提升軟實(shí)力的效果。

應(yīng)對(duì)航天器碰撞規(guī)避等重大挑戰(zhàn)

“航天員是人類派往外層空間的使節(jié)”，這是聯(lián)合國(guó)《外空條約》的規(guī)定。神舟十三號(hào)乘組和中國(guó)空間站像一面旗幟，在全世界樹立了我國(guó)工程技術(shù)能力的良好形象，并且在推動(dòng)國(guó)際航天合作、應(yīng)對(duì)共同的太空問題和挑戰(zhàn)等方面起到了重要作用。

當(dāng)前，國(guó)際航天發(fā)射活動(dòng)快速增加，空間碎片問題日益嚴(yán)重。根據(jù)2021年5月歐洲空間局(ESA)發(fā)布的《2021空間環(huán)境報(bào)告》，截至2020年初，地球軌道上的物體(包括衛(wèi)星、衛(wèi)星載荷和火箭殘骸等)總數(shù)超過27000個(gè)，總質(zhì)量超過9000噸。因此，各國(guó)航天特別是載人航天活動(dòng)都面臨在軌交通管理、航天器碰撞規(guī)避等重大挑戰(zhàn)。

在神舟十三號(hào)乘組在軌運(yùn)行期間，曾遭遇至少兩次與其他航天器碰撞的危險(xiǎn)。從聯(lián)合國(guó)和平利用外層空間委員會(huì)(COPUOS)官方網(wǎng)站可以查到，2021年12月3日，中國(guó)常駐聯(lián)合國(guó)(維也納)代表團(tuán)向聯(lián)合國(guó)秘書長(zhǎng)提交照會(huì)，指出美國(guó)太空探索技術(shù)公司(SpaceX)發(fā)射的星鏈衛(wèi)星先后兩次接近中國(guó)空間站，對(duì)3名航天員生命健康構(gòu)成危險(xiǎn)，為此中國(guó)空間站兩次實(shí)施了“緊急避碰”措施。

如果衛(wèi)星等無人航天器“價(jià)值連城”，那么航天員的生命更是“無價(jià)之寶”。神舟十三號(hào)乘組的經(jīng)歷啟示我們，如何在未來加強(qiáng)空間風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)和碰撞規(guī)避的技術(shù)能力，提高對(duì)國(guó)際航天活動(dòng)的態(tài)勢(shì)感知能力，并且進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)際太空的有效治理乃至推動(dòng)構(gòu)建“人類太空命運(yùn)共同體”，是值得我們認(rèn)真思考研究的重要問題。

未來展望

我國(guó)航天員未來將在太空“會(huì)師”

經(jīng)常有人將人類征服太空的事業(yè)同“大航海時(shí)代”的探索類比。作為人類生存和活動(dòng)的新疆域，太空承載著人們的夢(mèng)想和希望，是新知識(shí)、新技術(shù)的發(fā)源地，在維護(hù)國(guó)家安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、激勵(lì)和培養(yǎng)下一代人才等方面具有至關(guān)重要的作用。

載人航天是空天技術(shù)的高地，有人照料并長(zhǎng)期運(yùn)行的空間站更是國(guó)家綜合實(shí)力的標(biāo)志。《2021中國(guó)的航天》白皮書指出，未來幾年，我國(guó)將繼續(xù)實(shí)施載人航天工程，發(fā)射“問天”實(shí)驗(yàn)艙、“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙、“巡天”空間望遠(yuǎn)鏡以及“神舟”載人飛船和“天舟”貨運(yùn)飛船，全面建成并運(yùn)營(yíng)中國(guó)空間站，打造國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，開展航天員長(zhǎng)期駐留、大規(guī)模空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間站平臺(tái)維護(hù)等工作。

2022年3月4日，全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平在全國(guó)政協(xié)十三屆五次會(huì)議期間表示，神舟十四號(hào)、神舟十五號(hào)兩個(gè)乘組6名航天員將在太空“會(huì)師”，并共同在軌工作一周左右時(shí)間。屆時(shí)我國(guó)空間站將成為由6個(gè)艙段組成、總質(zhì)量接近100噸、支持6名航天員同時(shí)生活的大型太空設(shè)施，成為我國(guó)走向“深空”的又一關(guān)鍵里程碑。 (作者：郭世杰)

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