女航天员在太空作业与男航天员有何不同?专家解读

原标题:专访焦维新:女航天员的作业任务可能更精细

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神舟十三号飞船将与空间站进行径向交会对接。 (自媒体www.9y9y.com)

女航天员在太空作业与男航天员有何不同?专家解读

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神舟十三号载人飞行任务航天员集体亮相。图源:中国载人航天工程办公室

10月14日下午,神舟十三号载人飞行任务新闻发布会在酒泉卫星发射中心举行。据中国载人航天工程办公室消息,经总指挥部研究决定,瞄准北京时间10月16日0时23分发射神舟十三号载人飞船,飞行乘组由航天员翟志刚、王亚平和叶光富组成,翟志刚担任指令长。航天员翟志刚是中国首位出舱航天员,航天员王亚平执行过神舟十号载人飞行任务,航天员叶光富是首次飞行。目前,执行此次发射任务的长征二号F遥十三火箭正在加注推进剂。

据了解,神舟十三号载人飞行任务是空间站关键技术验证阶段第六次飞行,也是该阶段最后一次飞行任务,按照计划部署,神舟十三号航天员乘组将在轨驻留六个月。神舟十三号飞行任务之后,将完成空间站任务标准载人飞船所有功能的全部在轨验证,完全具备支持我国空间站后续建造及运营任务需求,也标志着工程由关键技术验证阶段正式转入在轨建造阶段,具有极为重要的意义。

近期,新京报记者连线北京大学地球与空间科学学院教授焦维新,就此次神舟十三号载人飞船的相关情况进行了专访。

女航天员在太空作业与男航天员有何不同?专家解读

北京大学地球与空间科学学院教授焦维新。受访者供图

神舟十三号飞船将与空间站进行径向交会对接

新京报:神舟十二号发射之前,神舟十三号就已经整装待发了,并担任救援任务。怎么看待此次神舟十三号拥有待命备份的任务?

焦维新:神舟十二号载人飞船完成了空间站阶段首次载人飞行任务。聂海胜、刘伯明、汤洪波三位航天员在驻留太空3个月的时间里,开展了一系列空间科学实验和技术试验。

但此前,我们的经验是不足的。空间站的环境怎么样?适不适合航天员居住?返回时飞船是否完全满足设计要求?这些都是我们要面对的问题,而保障航天员的人身安全,一直以来也是载人航天工程当中最为重要的一个原则。事实上,神舟十二号载人飞船的安全系数已经很高了,在保障航天员安全方面,可以说是万无一失。如果在轨发生需要救援的情况,在长征2号F运载火箭配合下,地面随时可启动救援程序,短时间内即可将神舟十三号发射入轨,将航天员接回地面。

新京报:按照计划,神舟十三号载人飞船飞到空间站时,也将采用径向交会对接。这是一种什么技术,它又有什么特点?

焦维新:空间交会是一种轨道机动。在这个过程中,需要两个航天器的轨道速度和位置矢量达到精确匹配。根据需要,交会以后再进行对接和停靠。我们航天器中气闸舱的前后、上下、左右等有多个接口,所以空间交会一般有三种方式。第一种是V向对接,这就是我们平常说的前后的对接,这种对接方式用得最普遍。第二种是径向对接,径向交会是从下往上对接。第三种是Z向对接,这项对接实际就是侧向对接,与左右的对接口对接。

径向交会对接,它是追逐器沿着它的径向矢量,在目标航天器的下方向上方运动,从下至上,追击者发射径向推进器接近目标。比如航天员在空间站的下边,离空间站还有一定的距离,那就要靠发动机点火慢慢上升,但不光是直接往上升,还要水平移动。因为太空中的空间站也是水平移动的,不是固定的。实际上就是要以径向的方式,垂直向上,从下面和组合体进行交会对接。这项技术的难度很大,到目前为止也没有在太空中验证过。这种方式主要是神舟飞船为今后航天员返回空间站而设置的,当航天员乘组轮换时,就会有两艘飞船去对接空间站,而这种对接方式完善了进驻空间站的通道和手段。

把半年作为一个时间限度更为科学、合适

新京报:神舟十二号载人飞船9月份返回后,神舟十三号载人飞船又将在10月份发射,这么短的时间,为什么两批航天员不能同时在轨进行交接?

焦维新:因为这批次的首要任务还是要了解我们的空间站,特别是环境控制与生命保障系统适不适合我们的需要。在空间站建造运营的过程中,很多任务都是验证性的工作。比如我们自主研制的舱外航天服穿起来效果如何,机械臂是怎么运作的、运作情况正不正常。我们不能说一次升空后没出现问题,就是设计得很完美,这些都是需要我们仔细验证的。

神舟十二号上的航天员也是首次进入我们自己的空间站,经过3个月的实践,也证明了空间站的设计是合理的,能确保航天员在轨三个月的生活和工作的需求。但就目前我们的空间站建设情况,以及事先预备的计划来看,我们并没有准备两批航天员同时在轨进行交接的任务。所以第一次也是为了保险起见,三个人打前战,返回后对乘组人员进行交流指导和各种注意事项进行详细说明,为顺利对接摸索道路、积累经验。

以后的发展过程中,两批航天员同时在轨进行交接或许会逐步实现。其最大的好处就是现场交接会更方便和透彻。

新京报:这次航天员在太空驻留的时间长达半年,时间越长对航天员们来说意味着什么? 

焦维新:在国际空间站上,已经基本形成了这样一个惯例。每期上去的航天员待的时间都是在半年左右,如果超过了半年这个时限,可能会对航天员身体造成更大的影响。所以现在我们也是根据已有的经验,把半年作为一个时间限度。如果说,航天员在空间站上待的时间太短,轮换较为频繁,这样也不利于科学实验工作的开展。其次,也面临着研发成本高的问题。半年的时间是比较科学,也是比较合适的。时间越长,对航天员们的身体素质会带来更大的挑战。

在轨锻炼能帮助航天员减少肌肉萎缩和骨量丢失

新京报:我们看到太空中飞船上的航天员,除了完成太空作业外,每天还需要进行各种各样的锻炼,这是为了什么?

焦维新:空间站上航天员一定要坚持锻炼。航天员进入太空后,身体会发生一系列适应性变化,最主要的变化有心血管系统的改变、肌肉萎缩和骨量丢失,随着飞行时间的延迟,情况会越来越严重。据科学统计,短期飞行可导致肌肉质量丢失10%至20%。如不采取积极健身的对抗措施,在长期飞行中肌肉可能丢失50%。这个量相当大。在轨锻炼就是帮助航天员减少肌肉萎缩和骨量丢失的不可或缺的方法。可以让身体在失重条件下保持骨骼健壮,同时防止肌肉松弛,因此太空中的航天员,每天都要进行科学的体育锻炼。

新京报:航天员在太空舱锻炼时,用的是什么健身器材和设备?

焦维新:航天员在轨锻炼使用的典型器械及对抗失重的措施,有以下几个方面,自行车功量计、隔振跑台、拉力器、企鹅服、下体负压筒和套带等。自行车功量计用于失重环境下提高航天员的有氧运动能力,锻炼其下肢肌肉。隔振跑台类似于地面的跑步机。太空跑步机配有弹性束缚带,将航天员压在跑步机上,否则航天员跑不起来。

此外,航天员还可用拉力器锻炼上肢和肩部肌肉。企鹅服内有弹性束带系统,能向航天员全身施加纵向力,以对抗失重导致的肌肉萎缩,下体负压筒能为航天员下肢提供负压环境,促使航天员体内的血液向下肢流动,从而更好地对抗和适应失重环境,航天员还可以在大腿外戴上套带,以部分阻滞下肢静脉回流。

后续航天员队伍可能将增加任务工程师

新京报:据了解,此次“太空出差”三人组中也将有一位女航天员,一般女航天员们在太空作业时,与男航天员有什么不一样?

焦维新:空间生命科学是研究宇宙空间环境中的生命现象及其规律的学科,在空间站的科学实验中,它也是一个非常重要的内容。比如我们所说的,航天员在太空微重力环境下,到底会对他们产生什么样的影响。因为男性和女性的身体构造不一样,从生命科学的研究对象来讲,假如只有男航天员,那我们验证空间生命科学就是不全面的。

从国内航天队伍中的人员来看,女航天员的人数是比较少的。从神舟五号到神舟十二号,曾经有两位女航天员出色地完成了任务。在太空作业当中,我们一般会认为,强度和难度比较大的,比如太空行走等,这些还是由男航天员来进行操作的多些,像太空行走一小时,航天员们往往要在模拟任务的水池里行走好几个小时。而女航天员们的作业任务可能更精细一些。这主要还是跟工作性质和劳动强度有关。

新京报:我们自己的空间站建成后,随着飞船去空间站的航天员队伍会发生变化吗?

焦维新:航天员人数和性别的配置不是说固定不变的,也是要根据实际情况来分配调整。比如,将来我们自己的空间站完全建造成功后,航天员的队伍肯定是会发生变化的,除了从空军里选拔高素质人才外,以后在中国载人航天工程中,任务工程师和专家也会多一些。这些任务工程师们,他们的主要任务一是维持空间站的正常运行,二是结合自身专业开展各式各样的科学实验。从科研的专业技术角度来讲,这也是一个必须存在的过程。

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