“最忙乘組”忙在哪裡?天宮建造者“神十四”實至名歸

“最忙乘組”忙在哪裡?天宮建造者“神十四”實至名歸

北京時間2022年12月2日晚(下同北京時間),“神舟十四”、“神舟十五號”航天員乘組進行交接儀式,兩個乘組移交了中國空間站的鑰匙,標誌著“神十五”乘組正式接管中國空間站。同時,交接的完成也意味著“神十四”乘組已完成全部既定任務,進入返回程式,乘組預計將於12月4日晚返回東風著陸場。此行,“神十四”乘組被稱為“最忙乘組”,忙在哪些方面?

“組裝”了最豐富的空間站組合體構型

自“神十四”上行開始的整個任務週期,乘組會經歷5次交會對接、3次分離撤離、2次轉位、9種組合體構型,全程參與了空間站主體結構由單艙到三艙“T”字構型的建造過程。

“最忙乘組”忙在哪裡?天宮建造者“神十四”實至名歸

2022年6月5日10:44,“神十四”飛船自酒泉發射升空,於當天17:42對接於“天和”核心艙徑向埠,這是任務的第1次交會對接。此時,空間站組成了以“天和”為軸、“天舟三號”和“天舟四號”分別對接於前向和後向埠、“神十四”對接於徑向埠的4艙(船)組合體,形成任務第1種組合體構型(以下稱構型1)。

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7月17日10:59,“天舟三號”飛船自“天和”前向埠解鎖分離,這是任務第1次分離撤離。此時,空間站組成了在構型1的基礎上減去前向“天舟三號”的3艙(船)組合體,形成任務第2種組合體構型。

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7月24日14:22,“問天”實驗艙從文昌發射升空,7月25日03:13,實驗艙對接於“天和”前向埠,中國航天員首次在軌迎來上行航天器,這是任務第2次交會對接。此時,空間站組成了以“天和”為軸、“天舟四號”居後向、“神十四”居徑向、“問天”居前向的4艙(船)組合體,形成任務第3種組合體構型。

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9月30日12:44,”問天”完成自“天和”前向埠至側向第四象限埠的轉位對接,這是任務第1次轉位。此時,空間站組成了在構型3的基礎上將“問天”由前向轉側向第四象限的4艙(船)組合體,形成任務第4種組合體構型。

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10月31日15:37,”夢天”實驗艙自文昌發射升空,於11月1日04:27對接於”天和”前向埠,這是任務第3次交會對接。此時,空間站組成了以“天和”為軸、“天舟四號”居後向、“神十四”居徑向、“問天”和“夢天”分居側向第四象限和前向的5艙(船)組合體,形成任務第5種組合體構型。

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11月3日,“夢天”完成從“天和”前向埠轉位至側向第二象限埠,這是任務第2次轉位。此時,空間站組成了在構型5的基礎上將“夢天”由前向轉側向第二象限的5艙(船)組合體,形成任務第6種組合體構型,也最終完成了中國空間站“T”字構型的建造。

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11月9日14:55,”天舟四號”飛船自“天和”後向埠解鎖分離,這是任務第2次分離撤離。此時,空間站組成了以“天和”為軸、“神十四”居徑向、“問天”和“夢天”分居側向第四象限和第二象限的5艙(船)組合體,形成任務第7種組合體構型。

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11月12日10:03,”天舟五號”飛船從文昌發射升空,於當天12:10對接於“天和”後向埠,中國航天員首次在空間站迎接貨運飛船來訪,這是任務第4次交會對接。此時,空間站組成了在構型7的基礎上將“天舟四號”替換為“天舟五號”的5艙(船)組合體,形成任務第8種組合體構型。

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11月29日23:08,“神十五”飛船從酒泉發射升空,於11月30日05:42對接於“天和”前向埠,中國航天員首次在軌迎來載人飛船,這是任務第5次交會對接。至此,空間站組成了以“天和”為軸、“問天”和“夢天”分居第四和第二象限埠、“天舟五號”居後向、“神十四”和“神十五”分居徑向和前向的6艙(船)組合體,形成任務第9種組合體。

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12月4日,“神十四”飛船將從“天和”核心艙徑向埠解鎖分離,“神十四”乘組將經歷第3次也是最後一次分離撤離。

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所有“神十四”乘組經歷的交會對接、分離撤離、轉位以及組合體構型變化,看似乘組只需“坐等”,實則需要大量的工作支援。比如在“神十四”上行時,作為備份手段乘組需要做好手動交會對接的準備;在“問天”和“夢天”、“天舟五號”上行時,作為備份手段乘組需要做好手控遙操作的準備;在每次航天器上行時乘組都要開艙門、進行航天器狀態和組合體狀態設定、物資清理轉運,涉及實驗艙還有非常繁重的實驗機櫃的安裝解鎖;在“問天”和“夢天”轉位時則需要乘組做好準備,在轉位臂、機械臂自動轉位先後失靈時進行手動轉位。在“天舟四號”和“天舟五號”下行時,需要進行物資轉運、廢棄物打包固定等工作。“管中窺豹”,可見“神十四”乘組在構型轉換過程中的忙碌程度。

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出艙次數最多,活動範圍最廣,“玩法”最複雜

“神十四”乘組在軌期間,先後開展了3次出艙活動,而此前最多的是2次。第1次出艙由航天員陳冬和劉洋執行,自9月1日18:26開艙門到9月2日00:33返回艙內,耗時6小時零7分鐘。此次是航天員首次從“問天”氣閘艙出艙、由小機械臂輔助實施的出艙活動。出艙活動先後完成了“問天”艙擴充套件泵組安裝和全景相機抬升、艙外自主應急返回驗證等任務。

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第2次出艙由陳冬和蔡旭哲執行,自9月17日13:35開艙門到9月17日17:47返回艙內,耗時4小時12分鐘。此次出艙先後完成了艙外助力手柄安裝、載荷迴路擴充套件泵組安裝、艙外救援驗證等任務。“神十四”第2次出艙開始時間與第一次出艙完成時間只差不到15天,創造了中國航天員出艙活動最短間隔紀錄。

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第3次出艙同樣由陳冬和蔡旭哲執行,自11月17日11:16開始到11月17日16:50返回艙內,整個過程耗時5小時34分鐘。此次出艙完成了“天和”分別與“問天”和“夢天”艙間連線裝置、“問天”全景相機A抬升、小機械臂助力手柄等的安裝,航天員蔡旭哲透過“天橋”實現了首次跨艙段艙外行走。這是空間站形成“T”字構型後的首次航天員出艙活動,組合機械臂首次支援航天員進行艙外轉移。

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在3次出艙活動中,“神十四”乘組經歷了空間站主體艙段由“問天”和“天和”2艙到“夢天”到來後的3艙“T”字構型,由於空間站體量變大和“問天”氣閘艙處於與對介面相對的另一端,使得艙外活動範圍達到最大,無論對於利用機械臂轉移還是自主爬行的航天員而言,都會有更大的體能消耗。同時,航天員經歷了首次應用小機械臂進行轉移、首次應用大小組合機械臂進行轉移,特別是組合機械臂長度達到16米、擁有14個自由度,是航天員使用過的最複雜的艙外支援裝置。透過3次出艙,“神十四”乘組的累計出艙時間達到15小時53分鐘,成為中國出艙次數最多、出艙時間最長的乘組,其中,第1次和第2次出艙間隔時間不到15天,這些對於航天員而言更加忙碌也更具挑戰。

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從單艙到三艙,艙內工作量翻番

在“神十四”乘組上行時,空間站組合體還只有“天和”核心艙一個主體艙段,而後“問天”在7月下旬完成上行,“夢天”在11月上旬完成上行,空間站主體艙段數量翻了兩番,航天員相應的工作量也是翻倍的。

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作為太空實驗室,空間站每個艙段都搭載了來自空間應用系統的實驗機櫃,其中“天和”核心艙2個,“問天”實驗艙4個,“夢天”實驗艙9個,總計15個。上行之後,在建立載人環境、完成狀態設定並進行物資清理後,航天員需要對實驗機櫃進行安裝解鎖,這是一個複雜而精細的過程,需要航天員消耗大量時間逐步實施,且還不是一個乘組能夠完成的,“神十四”乘組之後,“神十五”乘組還會繼續開展這項工作。同時,完成安裝解鎖的實驗機櫃將承擔大量科學實驗和技術試驗,這就需要航天員頻繁提供在軌支援,當空間站實驗機櫃由“天和”的2個到“天和”和“問天”的6個再到3艙的15個時,科學實驗和技術試驗的支援工作也是成倍增長的。

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另一方面,艙段的增加也意味著對空間站系統的管理工作增加。當空間站艙段由單艙增長到三艙時,對於空間站的巡檢、殘渣清理、裝置檢查維護的工作量也是成倍增長的,“大房子”自然需要更多的時間去“打理”。

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交接和撤離準備並行開展,既要“交班”又要“打包”

在“神十四”任務的最後階段,乘組依然很忙碌。在“神十五”乘組即將上行時,“神十四”乘組要做好迎接工作;在“神十五”乘組上行後、兩個乘組正式交接前,“神十四”乘組繼續承擔值班職責,並進行全面的工作交接,同時還要進行返回前準備。

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以工作交接和返回前準備為例來具體說明。兩個乘組的工作交接主要涉及五個方面:第一,載人飛船上行物品轉移和清理;第二,飛行器飛行狀態設定、排故處置等;第三,在軌物資狀態及管理使用情況;第四,延續性工作進展情況;第五地面重要通話內容和要求,其他注意內容和事項等。返回前準備主要包括返回前氣體、微生物、水質取樣;實驗樣本及下行載荷回收;乘組飛行期間廢棄物及個人物品清理;下行及回收物品轉移至載人飛船固定;載人飛船巡檢及狀態檢查設定等等。

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在“神十四”任務的最後階段,乘組既要做好迎接工作,又要負責空間站的日常管理執行,還要進行工作交接,最後還要做好撤離的準備工作,“最忙乘組”用忙碌給自己的太空之旅畫上一個緊湊的句號。

“最忙乘組”忙在哪裡?天宮建造者“神十四”實至名歸

在“神十四”乘組的駐留過程中,也是中國空間站不斷“長大”的過程,空間站主體結構由單艙逐漸變成三艙“T”字構型,組合體由50餘噸的4艙(船)組合體變成百噸級的6艙(船)組合體,在軌航天員由3名變成了6名,形成6人6艙(船)百噸大站的盛景。這快速的長大過程必定是一個忙碌的過程,所以才選定了最年富力強的一個乘組。而對於“神十四”乘組而言,能親身經歷中國空間站“T”字構型的建成,是一個忙且快樂的過程。“神十四”乘組即將返航,歡迎回家!

作者:大白高國