神舟十三號航天員在太空中如何工作

沈羨云

2021年10月16日，神舟十三號載人飛船成功發射，開啟了中國迄今時間最長的載人飛行。3位航天員翟志剛、王亞平、葉光富踏上為期半年的太空之旅，中國空間站也迎來第二批航天員及首位女航天員。神舟十三號載人飛船將實現多個首次：首次與3艙組合體自主快速徑向交會對接；首次長期在軌停靠6個月，實現4個載人航天器形成的組合體的長期在軌飛行；首次具備天地結合、多重保證的應急救援能力等。

神舟十三號載人飛行任務是空間站關鍵技術驗證階段第6次飛行任務，也是該階段最后一次飛行任務。在長達6個月的太空生活中，航天員將完成以下5方面的任務：

1.開展機械臂輔助艙段轉位、手控遙操作等空間站組裝建造關鍵技術試驗；

2.進行2、3次出艙活動，安裝大小機械臂雙臂組合轉接件及懸掛裝置，為后續空間站建造任務作準備；

3.進一步驗證航天員在軌駐留6個月的健康、生活和工作保障技術；

4.進行航天醫學、微重力物理領域等科學技術實驗與應用，開展多樣化科普教育活動；

5.全面考核工程各系統執行空間站任務的功能性能，以及系統間的匹配性。

至2021年 11月7日， 神舟十三號航天員乘組已在軌工作、生活了20余天。這些天，3名航天員的工作緊張而有序，先后開展了貨運飛船物資轉移、空間站組合體管理、新上行艙外服啟封和測試、在軌醫學檢查、失重防護鍛煉等日常工作，并進行了機械臂操作、醫療救護演練等在軌訓練項目。11月7日，神舟十三號3名航天員除了為首次出艙任務做準備，他們還進行了首次在軌緊急撤離演練。

太空環境復雜又危險，空間站面對的主要威脅之一是來自外部碎片的撞擊，萬一空間站被碎片擊穿了會發生什么？空間站外邊接近真空，站內大約有1個大氣壓。假如最里邊的艙壁被擊穿，空氣會很快從破洞里向外噴射出去，就會造成空間站內部氣壓下降。這一次演練主要是模擬核心艙遭遇撞擊，內部產生了失壓的情況，3名航天員必須緊急撤離到神舟十三號返回艙中。這只是天宮空間站里一次例行演習，模擬遭受空間碎片撞擊后一整套的檢查、補救以及緊急撤離流程。

演練以空間站失壓報警開始，翟志剛迅速通過儀表進行判斷，葉光富則迅速打開應急氣瓶，確保艙內壓力穩定。把應急氣瓶打開后，兩名航天員馬上進行初步判斷哪個地方出現了泄漏。如果沒有發現漏洞的話，盡快去看看載人飛船有沒有泄漏，如果載人飛船沒有泄漏，要進行各自艙門關閉處置。最后，王亞平迅速關閉天舟二號和三號的艙門。3人緊密配合，大約用了幾分鐘的時間，就全部撤離到神舟十三號返回艙內。整個演練天地配合順暢，處置快速得當。

這一次演練意義重大，不僅表現出我國空間站目前的各項緊急措施和方案準備妥當，也鍛煉了航天員的危機意識，即隨時需要在緊急情況中做出判斷和決策。

太空出艙被形容為“太空漫步”，是空間站時代航天員的必備技能，看似浪漫，卻充滿風險。在嚴酷的空間環境中，任何一點故障都可能導致出艙活動失敗，甚至威脅到航天員的身體健康和生命安全。太空出艙可謂神舟十三號航天員空間站任務的“重中之重”。

第一次出艙活動發生于2021年11月7日，在完成緊急撤離演習后，神舟十三號航天員又投入緊張的出艙活動。翟志剛、王亞平身著我國新一代“飛天”艙外航天服，先后從天和核心艙節點艙成功出艙。這是中國首位出艙航天員翟志剛時隔13年后再次進行出艙活動，王亞平也成為中國首位進行出艙活動的女航天員，邁出了中國女性艙外太空行走第一步。其間，在艙內的葉光富配合支持兩位出艙航天員開展艙外操作。

航天員出艙活動期間，天地間大力協同、艙內外密切配合，約6.5小時后，神舟十三號航天員圓滿完成了機械臂懸掛裝置與轉接件安裝、艙外典型動作測試等出艙活動全部既定任務。在機械臂級聯裝置安裝過程中，首先安裝在核心艙艙壁上的懸掛裝置帶有巧妙的抱爪結構，用于捕獲和存放雙臂組合轉接件，并為它提供供電保證。懸掛裝置安裝完成后，翟志剛輕推雙臂組合轉接件進入卡口位置，懸掛裝置在指令遙控下，通過抱爪結構準確地將轉接件抓住，并將其“擁入懷中”。機械臂的安裝為后續實現“擎天巨臂”組合打下基礎。

翟志剛、王亞平安全返回天和核心艙后，與艙內的葉光富激動地擁抱在了一起，出艙活動取得圓滿成功。這次出艙活動進一步檢驗了我國新一代艙外航天服的功能、性能，檢驗了航天員與機械臂協同工作的能力及出艙活動相關支持設備的可靠性與安全性。

第二次出艙活動發生在2021年12月27日，翟志剛、葉光富再次成功出艙。無垠星空中，葉光富初次體驗太空出艙，翟志剛完成了他的第三次出艙，王亞平則在核心艙內首次操控機械臂，支持兩位出艙航天員開展艙外作業。地面支持團隊的悉心守護和引導，艙內外配合，加上艙外航天服的保護，讓神舟十三號航天員乘組圓滿完成長達6小時的第二次出艙任務，并為后續出艙活動進一步積累了經驗。

艙外活動期間，航天員先后完成了全景相機C抬升、艙外作業點腳限位器安裝及相關工效驗證、攜物轉移驗證等任務，同時，進一步驗證了核心艙氣閘艙、艙外服、機械臂的功能、性能，進一步考核了出艙活動相關技術、艙內外航天員協同以及天地協同能力，為后續出艙活動進一步積累了經驗。

2022年1月8日7時55分，經過約2小時，神舟十三號航天員乘組在地面科技人員的密切協同下，在空間站核心艙內采取手控遙操作方式，圓滿完成了天舟二號貨運飛船與空間站組合體交會對接試驗。 這是我國航天員首次在軌進行手控遙操作試驗。

什么是手控遙操作？手控遙操作是由航天員在軌利用手動技術對飛船進行遙控操作，控制貨運飛船與空間站進行交會對接，是專門為無人來訪飛行器配備的功能，和神舟載人飛船的手控交會對接類似。

試驗開始后，神舟十三號航天員乘組在核心艙發出控制指令，讓天舟二號先與核心艙分離，然后航天員手動控制整個貨運飛船的位置和姿態，撤到前向的一定距離，短暫停泊后，轉入平移靠攏段。然后，再次控制它與空間站對接，一直到鎖緊完成。 整個“駕駛”過程中，航天員的視角是從飛船“看向”空間站的，就如同航天員坐在貨運飛船里“開飛船”一樣。

遙操作交會對接試驗對于空間站的建造非常重要。載人飛船可以通過航天員駕駛飛船，手動操作與空間站完成對接。而貨運飛船則不同，一旦自動交會對接功能失效，貨運飛船將無法和空間站對接，導致任務失敗，所以貨運飛船必須具備遙控操作的功能，與自動交會對接技術互為備份。此次試驗，初步驗證了空間站與來訪飛行器手控遙操作系統的功能、性能以及天地間協同工作程序的合理性。

與載人飛船的手控交會對接相比，貨運飛船的手控遙操作有著自己的難點和特點。在操作的響應速度和運動的敏捷性上，載人飛船與貨運飛船有區別：載人飛船的手控如同“開轎車”，貨運飛船的手控遙操作則像“開貨車”。其原因有二：一是貨運飛船的手控遙操作需要把貨運飛船上攝像機“看到”的圖像傳到空間站，空間站上的航天員需要把指令傳回給貨運飛船，一來一回，就造成了航天員反應和執行指令的延時；二是貨運飛船要比載人飛船重，平移加速度小，因此動作不敏捷。在以后的例行飛行中，交會對接將采用自控為主、手控為輔的方式，以減輕航天員的負荷。在自動控制出現故障或遭遇突發事件（如面臨軌道碎片碰撞危險）的情況下，航天員將手動介入，執行飛行命令。

神舟十三號載人飛船將于2022年4月中旬返回地面，隨后我國將再執行6次發射任務，中國空間站將迎來問天實驗艙、夢天實驗艙以及神舟十四號載人飛船，此后中國空間站將由“建設階段”轉為“實用階段”，中國空間站也將對外開放，迎來外國航天員。