1月19日,天舟六號貨運(yùn)飛船和中國空間站正式告別,結(jié)束了8個(gè)多月的陪伴,受控再入大氣層。1月18日,天舟七號貨運(yùn)飛船成功與中國空間站對接,為正在太空出差的神舟十七號航天員送去新的補(bǔ)給。從去年開始,中國空間站已經(jīng)進(jìn)入了應(yīng)用與發(fā)展階段,向太空送貨有了哪些新的變化?這些變化背后,又能反映中國空間站常態(tài)化運(yùn)營的哪些新特點(diǎn)呢?
1月19日上午,神舟十七號航天員在地面的支持配合下,打開天舟七號貨運(yùn)飛船的艙門,接收為他們送來的最新貨物。
就在同一天,已經(jīng)陪伴中國空間站8個(gè)多月的天舟六號貨運(yùn)飛船受控再入大氣層,正式結(jié)束它的太空之旅。從2023年5月10日發(fā)射天舟六號飛船到2024年1月17日發(fā)射天舟七號飛船,兩艘貨運(yùn)飛船相隔8個(gè)月發(fā)射,將成為中國空間站進(jìn)入應(yīng)用與發(fā)展階段后的常態(tài)化操作。
從半年送一次貨延長到8至9個(gè)月一次,天舟飛船送貨頻次降低了,這樣的改變可不是隨意作出的。在中國空間站里,有一個(gè)專門的物資管理系統(tǒng),準(zhǔn)確記錄貨物的儲存量和消耗量,還兼具各類備用品壽命管理等功能,空間站開建后近3年時(shí)間,積累了大量數(shù)據(jù),可以對后續(xù)需求進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)估,做到缺什么補(bǔ)什么,不少送也不多送。
航天科技集團(tuán)五院研制人員王冉:“我們有一套在軌的物資管理系統(tǒng),航天員究竟消耗了多少物資,通過貨運(yùn)飛船上行的物資,哪些是已經(jīng)使用了,哪些已經(jīng)廢棄了,我們都有一本賬,這本賬記得很清楚,可以輔助后續(xù)的任務(wù)規(guī)劃,該如何上行某些物資?!?/p>
另一方面,天舟飛船強(qiáng)大的貨運(yùn)能力,也是中國空間站貨物補(bǔ)給頻次降低的關(guān)鍵因素。這次承擔(dān)送貨任務(wù)的天舟七號是一艘改進(jìn)型全密封貨運(yùn)飛船,是世界現(xiàn)役貨物運(yùn)輸能力最大、貨運(yùn)效率最高、在軌支持能力最全的貨運(yùn)飛船。這一次,它為中國空間站送去了260余件貨物,總重大約5.6噸,不僅要滿足神舟十七號乘組在軌駐留的需求,也要留出一部分給之后的神舟十八號乘組使用。
之前,在中國空間站建造階段,工程建設(shè)任務(wù)優(yōu)先,每次天舟送貨,首先考慮的是貨物如何保證空間站的正常飛行、空間站里工作正常開展,所以貨包里大多是標(biāo)準(zhǔn)件。但是隨著空間站進(jìn)入常態(tài)化運(yùn)營,貨包里的貨物,定制化需求逐漸增加。
每次向空間站送貨,讓航天員最期盼,也是地面上的我們最牽掛的,應(yīng)該就是各類新鮮果蔬了。畢竟,能在太空吃上一口嘎嘣脆的蘋果,或是一顆糖分達(dá)標(biāo)的葡萄,是航天員緊張工作之余最好的撫慰之一。這一次,天舟七號為空間站送去了90公斤左右的新鮮果蔬,比上一次多了30公斤,不僅數(shù)量增加了,包裝和存放方式也有所更新。
更多定制化包裹服務(wù)是這次天舟七號飛船的另一大特點(diǎn)。除了航天員的生活物資外,在天舟七號的貨物單里還有一些超規(guī)貨物,需要特殊關(guān)照。
王冉:“天舟七號這一次上行了大量超大、超重貨物,為此也進(jìn)行了專門的設(shè)計(jì),上行了多件超過100公斤的貨物。主要是空間科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目和載荷,科學(xué)類的物資,這次從重量上占比達(dá)到30%?!?/p>
中國空間站里,各類空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)已經(jīng)全面展開,不同的科學(xué)設(shè)備為了達(dá)到科學(xué)目的,大小、形狀可能各異。超規(guī)貨物,包括大型貨物的增加,是今天中國空間站常態(tài)化運(yùn)營后,貨運(yùn)任務(wù)面臨的新挑戰(zhàn),怎么把這些貨物順利地裝到貨運(yùn)飛船,保證它們后續(xù)旅程的安全完整呢?
航天科技集團(tuán)五院研制人員杜瑞兆:“貨運(yùn)飛船在地面總裝階段提供了兩種進(jìn)艙通道,對于小型貨物,主要通過前艙門進(jìn)艙;對于大型貨物,主要通過艙壁上的側(cè)操作口吊裝進(jìn)艙。在進(jìn)艙的過程中我們給它做了一個(gè)進(jìn)艙保護(hù)工裝,避免設(shè)備與艙體之間可能產(chǎn)生的磕碰。設(shè)備在艙內(nèi)安裝到位之后,要專門重新再做一個(gè)艙內(nèi)的保護(hù)工裝,來確保到發(fā)射場封艙的產(chǎn)品安全。通過一些透明材料進(jìn)行外觀觀察,便于直接觀察內(nèi)部產(chǎn)品狀態(tài)。”
科學(xué)應(yīng)用需求的增加,除了提升對地面定制化的需求,也帶來了此次天舟飛船發(fā)射后飛行狀態(tài)的一個(gè)重要變化,從發(fā)射到交會對接,第一次采用3小時(shí)快速交會對接模式,比常規(guī)的6.5小時(shí)節(jié)約了一半的時(shí)間,別看省下來的只有3個(gè)多小時(shí),實(shí)驗(yàn)包里有一些生物類實(shí)驗(yàn)樣品對送貨時(shí)間要求很高,短短幾個(gè)小時(shí),可能就會決定一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾i_展。這些看起來超規(guī)的送貨需求,將會是今后中國空間站運(yùn)行的常規(guī)要求。
進(jìn)入常態(tài)化運(yùn)營后,空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)在航天員工作中的比重越來越大。
現(xiàn)在,中國空間站里有25個(gè)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)機(jī)柜,隨著空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)的不斷開展,新的實(shí)驗(yàn)?zāi)K、設(shè)備等也在不斷輪換。
在這次天舟七號運(yùn)送的貨物里,就有一個(gè)由清華大學(xué)、中國科學(xué)院微生物研究所、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所和大連海事大學(xué)的科研人員共同設(shè)計(jì)的科學(xué)實(shí)驗(yàn),將一種叫做產(chǎn)甲烷菌的厭氧古菌送入中國空間站。
產(chǎn)甲烷菌是現(xiàn)存最原始形態(tài)的生命之一,在地球大氣形成過程中是甲烷氣體的主要貢獻(xiàn)者。
之前,人類火星車曾在火星上多次探測到不明來源的甲烷信號,是否可能有類似的生命在火星存在?清華大學(xué)劉竹教授團(tuán)隊(duì)希望反向驗(yàn)證類似地球早期生命在地外環(huán)境生存的可能。
清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授劉竹:“不上天就沒有辦法真正獲得非地球外環(huán)境,就是要測試一下極端環(huán)境、宇宙輻射暴露、微重力環(huán)境,如果能在這個(gè)環(huán)境下存活,并且能夠產(chǎn)生甲烷,很好地生長,那么就能論證地球上的原始的生命是可以在地外環(huán)境里面生存的?!?nbsp;
除了關(guān)心遠(yuǎn)在火星可能存在外星生命,這個(gè)研究也同樣關(guān)注地球,對類似地球早期生命的研究,對今天地球的氣候變化、環(huán)境改變也同樣有意義。
劉竹:“像甲烷的代謝、碳的代謝、生態(tài)系統(tǒng)的微生物系統(tǒng)反應(yīng),現(xiàn)在我們遇到的問題,能源問題、糧食問題,本質(zhì)上都跟這個(gè)有關(guān)系。就是碳的代謝速率失去了生態(tài)系統(tǒng)對它的調(diào)節(jié),所以它怎么在這種環(huán)境中演化,對我們現(xiàn)在是有啟示意義的?!?/p>
這些古菌在空間站里,會被放在艙內(nèi)和艙外,產(chǎn)甲烷菌是厭氧細(xì)菌,不能接觸空氣是最基本的要求,在空間站實(shí)驗(yàn)機(jī)柜提供的標(biāo)準(zhǔn)載荷里,怎么盡可能實(shí)現(xiàn)密封,讓實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者花了不少心思。
劉竹:“我們看文獻(xiàn)上,歐洲、美國宇航局的計(jì)劃,都是十年、二十年以上的,我們剛好趕上了這個(gè)時(shí)候,利用中國空間站的機(jī)會開展了這樣的工作,我是非常激動的。很短的時(shí)間,效率非常高?!?/p>
中國空間站建成后,已經(jīng)多次面向全社會公開征集空間科學(xué)與應(yīng)用項(xiàng)目,其中兩次通過中國載人航天工程官網(wǎng)和公眾號,公開征集通過天舟系列貨運(yùn)飛船搭載科學(xué)技術(shù)試(實(shí))驗(yàn)和應(yīng)用項(xiàng)目。哪怕沒有設(shè)計(jì)太空實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷,只要研究面向科學(xué)和技術(shù)前沿、國家發(fā)展戰(zhàn)略需求和科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢,或是具有前瞻性和創(chuàng)新性,具有產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)用價(jià)值或科普教育意義,都有可能入選。
中國載人航天工程辦公室工作人員任海根:“我們收集大家的需求,經(jīng)過專家遴選評審,把符合基本原則的一些項(xiàng)目放入到搭載庫里面。目前進(jìn)入搭載庫里面的大概有50多項(xiàng),在這個(gè)基礎(chǔ)上,再組織進(jìn)入搭載庫的單位進(jìn)行進(jìn)一步研究,然后做出適合空間站貨運(yùn)飛船需求的項(xiàng)目。其中像澳門科技大學(xué)的學(xué)生科普衛(wèi)星,大連理工大學(xué)的連理衛(wèi)星,以及北京大學(xué)的雙光子顯微鏡,這些項(xiàng)目都取得了一些預(yù)期的成效?!?/p>
這些搭載項(xiàng)目中,有一些通過天舟飛船運(yùn)送到中國空間站,在艙內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn),另外一些則利用天舟飛船本身艙外預(yù)留的供配電、遙測遙控以及通信接口進(jìn)行搭載,開展相關(guān)研究。今后,通過天舟飛船搭載科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的征集也依然會繼續(xù)。
任海根:“非常歡迎有需求的各行各業(yè),包括企業(yè)、科研院所、國際機(jī)構(gòu)、教育機(jī)構(gòu)提出需求。我們對進(jìn)入搭載庫這些項(xiàng)目,會組織一些系統(tǒng)內(nèi)的專家進(jìn)行定向指導(dǎo),確保能夠符合航天產(chǎn)品的規(guī)范要求。核心的目的還是怎么把中國空間站給用好,持續(xù)擴(kuò)大整個(gè)載人航天工程的綜合效益?!?/p>
天舟送貨成功,中國空間站2024年第一個(gè)任務(wù)取得開門紅。接下來,今年還將有神舟十八號、神舟十九號的發(fā)射和神舟十七號、神舟十八號的返回,同時(shí)另一艘天舟貨運(yùn)飛船也將在下半年繼續(xù)升空。我們期待他們在探索太空的道路上帶來更多的收獲。
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