7月12日,最新一期“天宫TV”再次把镜头对准中国空间站。此时,神舟二十三号航天员乘组已经在轨工作差不多50天,画面中是神二十三乘组穿着工作服,在实验柜前拆装设备,佩戴仪器进行运动测试,或者多人配合完成各种操作。
从脚底压力到大脑活动,从液体蒸发到材料熔化,从水稻种子到新型太阳能电池,神舟二十三号带去的一批实验已经陆续展开。位于将近400公里高的中国空间站,已经变成一座全天候运行的综合性实验室。
一、入驻空间站50天,神二十三已经做了什么?
神舟二十三号乘组由朱杨柱、张志远和黎家盈组成。朱杨柱担任指令长,他此前执行过神舟十六号任务。张志远是航天飞行工程师,第一次执行太空任务。黎家盈是载荷专家,也是来自我国香港的首位航天员,而且是一位女航天员。
一个乘组同时包括航天驾驶员、航天飞行工程师和载荷专家三种类型,这是神舟二十三号的一大特点。三个人的工作重点也各有侧重。指令长负责乘组组织、飞船操控和任务协调,飞行工程师更加关注空间站系统运行,载荷专家则把更多精力投入科学实验和应用项目。
在入驻空间站后的50天里,乘组先后进行了应急压力训练、医学检查、细胞样品观察、实验柜维护和物资整理,还完成了香港首个空间站科学载荷“天韵相机”的安装测试。
二、从脚底到大脑,航天员自己就是实验对象
从空间站上的日常视频中可以看到,航天员需要两两配合,在操作界面前共同完成任务,这项实验研究的是多人协作界面。
未来的载人登月、月球科研站建设以及更远距离的深空飞行,都不可能只靠一名航天员完成。不同成员如何分工,怎样交换信息,在紧急情况下由谁作出决定,都会影响整个任务的安全。
地面上的协作经验不能直接照搬到太空,因为到了太空中,空间狭小、环境封闭、昼夜节律改变,再加上失重带来的身体不适,都会改变人的注意力和反应方式。研究人员需要通过大量实际操作,分析不同界面、不同任务分配方式对乘组协作效率的影响。
另一些实验则直接瞄准航天员的双腿和脚底,乘组采集了跑步和抗阻训练期间的足底压力、关节运动、肌肉状态以及运动图像,同时进行了下肢生物力学和肌肉肌腱特征测量。
在地球上,人每走一步,腿部骨骼和肌肉都要对抗重力。进入微重力环境后,身体失去了长期承受体重的刺激,骨骼和肌肉会逐渐出现适应性变化。双腿虽然看起来轻松了,肌肉力量和骨骼强度却可能慢慢下降,所以需要开展相关研究,来保障航天员获得更好的锻炼来维持身体机能。
三、54.1公斤样品,藏着太空农业和能源路线
神舟二十三号发射时,还带着一批总重量约54.1公斤的科学实验样品和装置,涉及9项科学实验。其中既有水稻种子、肝细胞和微生物,也有纳米酶、钙钛矿太阳能电池等新材料。
最引人关注的项目之一,是在空间站连续开展两代水稻培养。过去的太空种植实验,往往关注种子能否发芽、开花和结实。这一次,科学家希望让第一代水稻在轨完成生长,再利用它产生的种子继续培育下一代。
简单来说,就是要在太空里完成从种子到种子,再从种子到新一代种子的连续过程,这比种活一株水稻困难得多。长期微重力和空间辐射会不会影响种子的发育能力,第二代植株能否正常生长,某些变化是否会遗传下去,都需要通过连续多代培养才能看出来。
未来人类若在月球或火星长期生活,不可能所有食物都从地球运送。太空农业必须具备稳定繁殖能力,不能种完一茬就重新等待地球补给。水稻实验因此带有很强的前瞻性,科研人员正在验证的是一套可以不断循环的太空生命支持链条。
另一项亮点是中国空间站首次开展钙钛矿太阳能电池动态服役实验。钙钛矿太阳能电池具有重量轻、制造温度较低、效率提升速度快等特点,很适合被制成柔性薄膜。未来的飞船、空间站舱段甚至月球设施,都可能需要面积很大但重量很轻的太阳能装置。
然而,地面性能优秀,不等于进入太空后同样可靠。真空、辐射、剧烈温差和高能粒子会不断攻击电池材料。实验样品需要在真实空间环境中持续工作,再与返回地面的样品进行对比,才能判断它们是否适合长期使用。
四、黎家盈进入天宫,香港航天员带来了什么?
神舟二十三号任务还有一个广受关注的亮点,我国香港首位航天员黎家盈正式进入中国空间站。黎家盈1982年出生于香港,拥有计算机取证相关博士学位,入选航天员队伍前曾在香港警务处工作,参与电子取证和网络安全等技术工作。
她的专业背景与传统飞行员不同,载荷专家不以驾驶飞船为主要任务,更像是一名经过严格航天训练的科学家和工程师,需要理解实验原理,掌握复杂设备操作,还要能在异常情况下判断故障并完成处置。
我国空间站上的香港元素也不只体现在黎家盈身上,神舟二十三号乘组已经完成“天韵相机”的安装和测试。这是由香港科技大学牵头研制的空间环境监测载荷,也是香港首个进入国家空间站的科学项目。
天韵相机重量不到80公斤,设备体积并不大,却集成了二氧化碳、甲烷、氧气和气溶胶等多个探测通道,可以从太空识别局部温室气体排放源。
从航天员选拔到科学载荷研制,香港正在以更深入的方式进入国家载人航天工程。
五、一人将在轨一年
按照神舟二十三号任务安排,神舟二十三号乘组中将有一名航天员不随本乘组返回,而是继续留在空间站,与下一乘组共同工作,累计在轨时间达到一年左右。截至目前,中国载人航天办公室尚未公布最终人选。具体由谁执行一年期驻留任务,还要根据在轨工作状态、身体情况和后续任务安排确定。
一年驻留将是一大挑战,随着时间延长,航天员的骨骼、肌肉、心血管、免疫系统和神经系统都可能出现更明显变化。封闭环境、长期高负荷工作以及与家人长时间分离,也会考验航天员的心理状态。
一年期驻留获得的宝贵数据,将为未来载人登月、月球科研站以及更远距离的深空飞行提供重要依据。
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