載人航天工程絕非飛上去、落回來(lái)那么簡(jiǎn)單，形形色色的空間實(shí)驗(yàn)也是重要內(nèi)容。
自1999年神舟一號(hào)飛船發(fā)射至今，我國(guó)載人航天工程進(jìn)行了各項(xiàng)技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，開(kāi)展了大量空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，涵蓋空間環(huán)境、空間生命科學(xué)、空間材料、空間天文和物理等多個(gè)領(lǐng)域。
神舟十號(hào)發(fā)射在即，我們盤(pán)點(diǎn)過(guò)去神舟飛船開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)，了解它們?cè)谔罩械墓ぷ鳌?/p>
神舟一號(hào)：開(kāi)啟“太空誘變育種”實(shí)驗(yàn)
神舟一號(hào)共在太空中飛行了21個(gè)小時(shí)，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證載人航天技術(shù)為主。
這次試驗(yàn)取得了一系列技術(shù)成就，成功驗(yàn)證了飛船關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性，以及發(fā)射、測(cè)控通信、著陸回收等地面設(shè)施在內(nèi)的整個(gè)工程大系統(tǒng)工作的協(xié)調(diào)性，試驗(yàn)各項(xiàng)目的均已達(dá)到。
但這次試驗(yàn)也存在一些技術(shù)缺憾。例如火箭逃逸系統(tǒng)和故障檢測(cè)系統(tǒng)雖參加了任務(wù)，但不具備逃逸功能；飛船十三個(gè)分系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、熱控、電源、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制、數(shù)據(jù)管理、推進(jìn)、測(cè)控通信、回收著陸、環(huán)控生保九個(gè)分系統(tǒng)全部參加試驗(yàn)，有效載荷、乘員、儀表照明三個(gè)分系統(tǒng)只是部分設(shè)備參加了試驗(yàn)，涉及航天員安全的應(yīng)急救生分系統(tǒng)沒(méi)有參加試驗(yàn)；航天員系統(tǒng)和飛船應(yīng)用系統(tǒng)除個(gè)別設(shè)備參加試驗(yàn)外，絕大部分設(shè)備是工藝件，不加電工作；著陸場(chǎng)系統(tǒng)沒(méi)有啟用副場(chǎng)等。
同時(shí)，神舟一號(hào)搭載了一些農(nóng)作物種子，包括青椒、甜瓜、番茄、西瓜、豇豆、蘿卜等，以及甘草、板藍(lán)根等中藥材。盡管科學(xué)實(shí)驗(yàn)相對(duì)較少，但開(kāi)啟了我國(guó)“太空誘變育種”實(shí)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)研究影響深遠(yuǎn)。
神舟二號(hào)：我國(guó)第一個(gè)“太空實(shí)驗(yàn)艙”
與神舟一號(hào)相比，神舟二號(hào)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了新的擴(kuò)展，技術(shù)性能有了新的提高。飛船共飛行了6天零18小時(shí)，其間開(kāi)展了一系列空間科學(xué)及技術(shù)試驗(yàn)。
神舟二號(hào)共搭載64件科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，均為首次上天的正式產(chǎn)品。其中有進(jìn)行空間材料科學(xué)試驗(yàn)的多工位空間晶體生長(zhǎng)爐和空間晶體生長(zhǎng)觀察裝置；有進(jìn)行空間生命科學(xué)試驗(yàn)的空間蛋白質(zhì)結(jié)晶裝置和空間通用生物培養(yǎng)箱；有進(jìn)行空間天文觀測(cè)的太陽(yáng)和宇宙天體高能輻射監(jiān)測(cè)儀，包括超軟X射線探測(cè)器、X射線探測(cè)器和γ射線探測(cè)器；有進(jìn)行空間環(huán)境探測(cè)的大氣成分探測(cè)器、大氣密度探測(cè)器和固體徑跡探測(cè)器；有有效載荷公用系統(tǒng)，還有微重力測(cè)量?jī)x等。這些設(shè)備幾乎遍及三個(gè)艙段的各個(gè)角落，把飛船變成了名副其實(shí)的“太空實(shí)驗(yàn)艙”。
借助這些設(shè)備，我國(guó)首次在飛船上進(jìn)行了微重力環(huán)境下空間生命科學(xué)、空間材料、空間天文和物理等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)，包括半導(dǎo)體光電子材料、氧化物晶體、金屬合金等多種材料的晶體生長(zhǎng)，蛋白質(zhì)和其他生物大分子的空間晶體生長(zhǎng)，植物、動(dòng)物、水生生物、微生物及離體細(xì)胞和細(xì)胞組織的空間環(huán)境效應(yīng)實(shí)驗(yàn)等。同時(shí)穿插進(jìn)行了部分對(duì)地觀察設(shè)備的在軌測(cè)試，以及空間天文、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的試驗(yàn)任務(wù)。這是我國(guó)首次在自己研制并發(fā)射的飛船上進(jìn)行多學(xué)科、大規(guī)模和前沿性的空間科學(xué)與應(yīng)用研究。
神舟三號(hào)：驗(yàn)證艙內(nèi)環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)
神舟三號(hào)裝載了10項(xiàng)44臺(tái)有效載荷設(shè)備，以對(duì)地觀測(cè)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)為主，主要有卷云探測(cè)儀、中分辨率成像光譜儀、地球環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、多工位空間晶體生長(zhǎng)爐、空間蛋白質(zhì)結(jié)晶裝置、空間細(xì)胞生物反應(yīng)器、空間環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、窗口組件及有效載荷公用設(shè)備等。飛船自主飛行期間，空間應(yīng)用系統(tǒng)主要進(jìn)行了材料科學(xué)和生命科學(xué)試驗(yàn)，同時(shí)穿插進(jìn)行了部分光學(xué)遙感在軌測(cè)試，以及地球環(huán)境探測(cè)和空間環(huán)境高層大氣監(jiān)測(cè)儀器的試驗(yàn)任務(wù)。
同時(shí)，飛船上還乘坐了一位“船長(zhǎng)”——這是個(gè)裝有人體代謝模擬裝置、擬人生理信號(hào)設(shè)備的人體模型，能夠定量模擬航天員在太空中的重要生理活動(dòng)參數(shù)。結(jié)果表明，擬人載荷提供的生理信號(hào)和代謝指標(biāo)正常，驗(yàn)證了與載人航天直接相關(guān)的座艙內(nèi)環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)，證明這套系統(tǒng)完全能滿足載人的醫(yī)學(xué)要求。
值得一提的是，神舟三號(hào)返回艙回到地面后，其軌道艙仍然在軌飛行，并在隨后約半年中開(kāi)展了多光譜對(duì)地遙感觀測(cè)和地球環(huán)境監(jiān)測(cè)等空間科學(xué)和應(yīng)用試驗(yàn)。相比美俄等國(guó)將分離后的軌道艙廢棄的做法，我國(guó)神舟飛船軌道艙留軌利用是一大特色，既節(jié)約了成本，又提高了空間科學(xué)研究及應(yīng)用的效率。
神舟四號(hào)：別開(kāi)生面的“太空婚禮”
2003年元旦剛過(guò)，兩場(chǎng)別開(kāi)生面的“太空婚禮”在神舟四號(hào)上舉行。
神舟四號(hào)搭載了52件科研設(shè)備，除了參加過(guò)此前飛行試驗(yàn)的大氣成分探測(cè)器等19件設(shè)備外，還有空間細(xì)胞電融合儀等33件設(shè)備首次上天。借助這些生物實(shí)驗(yàn)設(shè)備，一對(duì)動(dòng)物細(xì)胞——B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞、一對(duì)植物細(xì)胞——黃花煙草原生質(zhì)體和革新一號(hào)煙草原生質(zhì)體，在飛船上“喜結(jié)連理”。專家介紹，在微重力條件下，細(xì)胞在融合液中的重力沉降現(xiàn)象將消失，更有利于細(xì)胞間進(jìn)行配對(duì)、融合等“親熱舉動(dòng)”，此項(xiàng)研究將為空間制藥探索新方法。
有趣的是，神舟三號(hào)的“船長(zhǎng)”也跟隨神舟四號(hào)再度出征。這個(gè)由仿真技術(shù)做成的模擬人體重70公斤，身體每一部分的形狀與真人宇航員基本一致，能夠滿足航天服的穿脫，能以航天員的姿態(tài)“坐”飛船座椅上，還可以模擬宇航員在太空生活時(shí)的脈搏、心跳、呼吸、飲食和排泄等多種重要生理參數(shù)，并隨時(shí)受到地面指揮中心的監(jiān)控。飛船上還有不少“乘客”，包括有糧油作物、蔬菜、草、樹(shù)、藥材和真菌六大類上百個(gè)植物品種。
神舟五號(hào)：向太空送去第一位中國(guó)“訪客”
與之前的神舟飛船相比，神舟五號(hào)受到了空前關(guān)注，向浩瀚太空送去第一位中國(guó)“訪客”——楊利偉。
神舟五號(hào)任務(wù)中首次增加了故障自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和逃逸系統(tǒng)，設(shè)定了幾百種故障模式，一旦發(fā)生危險(xiǎn)會(huì)立即自動(dòng)報(bào)警。即使在飛船升空一段時(shí)間后，航天員也能通過(guò)火箭逃逸塔脫離險(xiǎn)境。飛船還具備自主應(yīng)急返回的能力，在應(yīng)急情況下允許航天員返回全球預(yù)定的10個(gè)應(yīng)急著陸區(qū)。同時(shí)具備人工控制返回功能，在自動(dòng)返回系統(tǒng)失效的情況下，航天員可以手動(dòng)控制返回地面。
任務(wù)期間，航天員不進(jìn)入軌道艙、不脫航天服，按預(yù)先規(guī)定的程序和地面指揮手動(dòng)補(bǔ)發(fā)船箭分離、帆板展開(kāi)、推返分離等指令，完成了飛船狀態(tài)監(jiān)視、血壓測(cè)量、攝影攝像、飲食睡眠等工作。由于本次任務(wù)的主要目的是考察航天員在太空環(huán)境中的適應(yīng)性，因此艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及儀器盡量減少，以便騰出更多空間供航天員活動(dòng)并進(jìn)行科學(xué)觀察。
不過(guò)，當(dāng)楊利偉乘坐返回艙回到地面之后，神舟五號(hào)軌道艙仍在太空中運(yùn)行了100多天，開(kāi)展了空間環(huán)境監(jiān)測(cè)、空間定位等科學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲得了一大批有價(jià)值的科學(xué)數(shù)據(jù)。
神舟六號(hào)：實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次有人參與的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)
神舟六號(hào)是國(guó)第一艘執(zhí)行“多人多天”任務(wù)的載人飛船，這次任務(wù)中，我國(guó)第一次實(shí)現(xiàn)了有航天員參與的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
飛船升空8個(gè)多小時(shí)后，航天員費(fèi)俊龍?jiān)诼櫤俚呐浜舷麓蜷_(kāi)了返回艙與軌道艙之間的艙門(mén)，進(jìn)入軌道艙開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。第二天，兩位航天員開(kāi)始有意識(shí)地加大動(dòng)作幅度，以試驗(yàn)人的擾動(dòng)對(duì)飛船姿態(tài)的影響。在進(jìn)行了開(kāi)關(guān)艙門(mén)、穿脫壓力服、穿艙、抽取冷凝水四項(xiàng)“在軌干擾力”試驗(yàn)后，科研人員確定這些活動(dòng)對(duì)飛船姿態(tài)的影響很小，飛船可保持正常飛行，無(wú)需糾正飛船姿態(tài)。
為滿足任務(wù)要求，神舟六號(hào)新增了40多臺(tái)設(shè)備和6個(gè)軟件，作出了110項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)。比如食品柜得到真正使用，通過(guò)水箱和單獨(dú)的軟包裝兩種方式準(zhǔn)備了航天員用水；放置了食品加熱裝置和餐具；軌道艙中掛有一個(gè)睡袋，供兩名航天員輪流休息；設(shè)置了專門(mén)的清潔用品柜，航天員可以用里面的溫巾等物品進(jìn)行清潔等。同時(shí)，飛船上還首次使用了大小便收集裝置。
這次任務(wù)以宇航員本身作為生理試驗(yàn)的對(duì)象，考驗(yàn)了人體在太空環(huán)境中的新陳代謝情況。這也是中國(guó)首次在自己的載人航天任務(wù)中進(jìn)行航天醫(yī)學(xué)空間實(shí)驗(yàn)研究，為人類將來(lái)在太空生存的航天醫(yī)學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。
神舟七號(hào)：將空間實(shí)驗(yàn)從艙內(nèi)移到艙外
神舟七號(hào)任務(wù)最大的特點(diǎn)，就是將空間實(shí)驗(yàn)的地點(diǎn)從艙內(nèi)移到了艙外。
2008年9月26日23時(shí)36分，航天員翟志剛身穿我國(guó)自主研發(fā)的飛天號(hào)艙外航天服在太空亮相，成為我國(guó)“太空漫步”第一人。
為了完成航天員出艙活動(dòng)，神舟七號(hào)的軌道艙得到了改進(jìn)，既保留滿足航天員生活的功能，又能充當(dāng)出艙活動(dòng)所需的氣閘艙。不論是航天員出艙還是返回，艙門(mén)打得開(kāi)、關(guān)得上、密封可靠是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在沿用此前成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，神舟七號(hào)的艙門(mén)作出了十多項(xiàng)改進(jìn)，通徑也有所增加。
這次任務(wù)還驗(yàn)證了伴飛衛(wèi)星釋放支持及分離安全性設(shè)計(jì)技術(shù)。伴飛衛(wèi)星是伴隨在航天器附近作周期性相對(duì)運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星。神舟七號(hào)上開(kāi)展了我國(guó)首次在軌釋放伴飛衛(wèi)星及其伴隨飛行試驗(yàn)，為伴飛衛(wèi)星提供了釋放平臺(tái)，驗(yàn)證了釋放能力，解決了伴飛衛(wèi)星釋放后對(duì)飛船的安全性影響問(wèn)題。
此外，任務(wù)中還進(jìn)行了固體潤(rùn)滑材料試驗(yàn)。固體潤(rùn)滑材料試驗(yàn)裝置是一件能可靠鎖緊和便利解鎖的鎖緊機(jī)構(gòu)，在發(fā)射階段將樣品臺(tái)固定在艙外，航天員在出艙活動(dòng)期間解鎖并回收樣品臺(tái)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可為研發(fā)新一代高可靠性、長(zhǎng)壽命空間固體潤(rùn)滑材料與潤(rùn)滑技術(shù)提供理論與技術(shù)支持。
神舟八號(hào)：與天宮一號(hào)實(shí)現(xiàn)太空“牽手”
2011年11月3日凌晨1點(diǎn)36分，神舟八號(hào)飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器成功實(shí)現(xiàn)太空“牽手”，完成了我國(guó)首次空間無(wú)人自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，標(biāo)志著我國(guó)成為繼蘇、美后第三個(gè)自主掌握自動(dòng)交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。
為了完成這次壯舉，神舟八號(hào)在前期飛船的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大的技術(shù)改進(jìn)。全船共有設(shè)備600多臺(tái)套，半數(shù)以上的技術(shù)狀態(tài)發(fā)生了變化，其中新研制的設(shè)備占15%。這些變化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是為使飛船具備自動(dòng)和手動(dòng)交會(huì)對(duì)接功能，新增加和改進(jìn)了一些設(shè)備。比如新研制了異體同構(gòu)周邊式構(gòu)型和多種交會(huì)對(duì)接測(cè)量設(shè)備，全新設(shè)計(jì)和研發(fā)了用于交會(huì)對(duì)接自主控制的飛行軟件、控制軟件，飛船上增配了平移和反推發(fā)動(dòng)機(jī)。同時(shí)，航天員的手動(dòng)控制設(shè)備也進(jìn)行了改進(jìn)。二是提升了飛船的能力。神舟八號(hào)在前期具備57天自主飛行能力的基礎(chǔ)上，還具備?？?80天的能力。飛船電源帆板采用新的太陽(yáng)能電池片，發(fā)電能力提高了50%。降落傘系統(tǒng)和著陸緩沖系統(tǒng)也得到改進(jìn)，提高了使用的可靠性。
神舟八號(hào)上也有形體假人隨之上天，相關(guān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于為其他和天宮一號(hào)進(jìn)行交會(huì)對(duì)接的載人飛船提供佐證。有關(guān)專家強(qiáng)調(diào)指出，只有神舟八號(hào)返回艙返回地面才能叫圓滿完成任務(wù)。若不能安全返回，對(duì)今后飛船是否載人會(huì)造成影響。
此外，飛船上首次實(shí)現(xiàn)了中外合作，由中德兩國(guó)共同開(kāi)展了17項(xiàng)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
神舟九號(hào)：航天員吃飯睡覺(jué)均為重要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
神舟九號(hào)與天宮一號(hào)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次載人交會(huì)對(duì)接，在航天員進(jìn)入“天宮”的同時(shí)，也意味著我國(guó)空間實(shí)驗(yàn)擁有了更寬敞的場(chǎng)所。
天宮一號(hào)艙內(nèi)空間約有40立方米，其中有效活動(dòng)空間約15立方米，分為鍛煉、休息等區(qū)域，餐廳和廁所則設(shè)在軌道艙里。
“天宮”里還有兩個(gè)“臥室”，采取私密性設(shè)計(jì)，可以拉上簾子隔擋，一位航天員值班時(shí)，其余兩位可以同時(shí)休息?！芭P室”里有通風(fēng)設(shè)備和獨(dú)立可調(diào)的照明設(shè)備，還首次配備天地雙向可視通話系統(tǒng)。床則是四角固定的睡袋，航天員睡覺(jué)時(shí)，就帶著自己的臥具鉆進(jìn)去。
這些事情，在日常生活中再平凡不過(guò)，但在太空里，航天員鍛煉、吃飯、睡覺(jué)、打掃衛(wèi)生，都是空間實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容。在組合體駐留期間，航天員共承擔(dān)了15項(xiàng)航天醫(yī)學(xué)相關(guān)空間實(shí)驗(yàn)。其中包括航天飛行對(duì)前庭眼動(dòng)、心血管及腦高級(jí)功能影響研究，失重生理效應(yīng)防護(hù)的細(xì)胞學(xué)機(jī)制研究，空間骨丟失防護(hù)技術(shù)研究，在軌有害氣體采集與分析，航天員在軌質(zhì)量測(cè)量五個(gè)主要項(xiàng)目。
此外，神舟九號(hào)還首次搭載活體蝴蝶（卵和蛹）升空，并把天宮一號(hào)上搭載的種子帶回了地面。本報(bào)記者 付毅飛
聯(lián)系客服
