航天員如何在新家生活？揭秘天空二號“太空黑科技”

　　9月15日22時4分,中秋節(jié)的夜晚,我國第一個完全意義上的空間實驗室天宮二號,成功飛向太空。在接下來的一個月,它將在太空中等待神舟十一號的到來,兩者完成交會對接,為航天員組建“太空之家”。

　　屆時,航天員將在這里工作和生活30天,這也將成為我國迄今載人飛行時間最長的一次。2013年,我國3名航天員曾經(jīng)在天宮一號停留15天,驗證了“短期”在軌駐留。而這一次,航天員將在天宮停留比之前長一倍的時間,以驗證“中期”的在軌駐留。

　　這并非易事。如何保證航天員在30天的失重環(huán)境里有一個良好的生活、工作狀態(tài)?中國青年報·中青在線記者采訪了天宮二號總研制單位——航天科技集團第五研究院(以下稱五院)的相關(guān)專家。

　　五院天宮二號總設(shè)計師朱樅鵬告訴記者,與天宮一號的“簡單裝修”不同,由天宮二號和神舟十一號所組成的“太空之家”是“精裝修”。“精”到什么程度,連內(nèi)部裝飾材料、生活輔助設(shè)施、照明設(shè)備、空氣環(huán)境等細節(jié),都能用“科學(xué)設(shè)計”來形容。

　　如果把天宮二號和神舟十一號的對接組合體,比作“太空之家”的話,那么天宮二號就是這個家的“大開間”。朱樅鵬說,在天宮與神舟的組合體中劃分了工作、生活、試驗、睡眠、娛樂、垃圾存放等區(qū)域。

　　在天宮二號,航天員工作和生活的空間大約有15立方米。占地較大的是供航天員鍛煉身體用的“跑臺”,以及工作用的“多功能平臺”,朱樅鵬說,這兩者采用了折疊方式進行收納,以最大程度節(jié)省空間。

　　在遠離地球393公里的冷寂太空,執(zhí)行長達30天的飛行任務(wù),不僅是對我國空間保障能力的嚴峻挑戰(zhàn),也是對航天員生理和精神的雙重考驗。這就要求在天宮二號這個大開間里,健康、娛樂的設(shè)施一個也不能“落下”。

　　比如,天宮二號所準備的跑步機、“動感單車”。五院天宮二號空間實驗室飛船工程師張雅彬介紹,航天員長期生活在有重力的地面環(huán)境里,一旦進入失重環(huán)境,身體會發(fā)生各種變化,產(chǎn)生諸多不適應(yīng),這些變化被稱為失重生理效應(yīng)。為保障航天員的生理健康,健身器材十分必要。

　　還有,為航天員量身定制的“健身神器”——骨丟失對抗儀,也叫“對抗骨質(zhì)疏松的儀器”。張雅彬說,這是保證在太空飛行中的航天員身體健康的重要儀器,它通過敲打人體小腿部位相應(yīng)穴位,刺激骨骼、改善血液循環(huán),保障骨骼健康。

　　面對在軌30天的挑戰(zhàn),為了讓航天員生活有張有弛,設(shè)計師們還在天地通話、視頻、電子郵件方面巧花心思。

　　張雅彬說,借助天地鏈路,通過地面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,航天員在軌時可以與地面實現(xiàn)視頻互動,還能在軌閱讀電子書或期刊。天宮二號還支持地面轉(zhuǎn)播電視新聞、比賽等實時音頻、視頻信號,并配備了音響設(shè)備。

　　值得一提的是,在天宮二號的睡眠區(qū)里,設(shè)計師們還專門增加了“云插座”,可供航天員與家人進行私密通話。

　　“‘一切為載人、全力保成功’是我們的工作理念,更是我們的實踐標尺”,五院院長張洪太說,在天宮二號和神舟十一號設(shè)計研制過程中,五院力爭為航天員打造“五星太空之家”,讓航天員在遙遠的深空體會到“家”的舒心和溫暖,能夠更為安全、高效、愉悅地投身各項飛行試驗任務(wù)中。

　　事實上,天宮二號最初只是天宮一號的備份產(chǎn)品,在天宮一號發(fā)射時,天宮二號已經(jīng)設(shè)計研制出來了,但隨著天宮一號任務(wù)的圓滿成功,天宮二號被賦予了開展航天員中期駐留、在軌維修技術(shù)試驗等新使命。

　　朱樅鵬說,科研人員為此對天宮二號進行了全面的改裝和升級,不僅解決了天宮一號在軌運行過程中暴露出的產(chǎn)品設(shè)計瑕疵,更極盡所能、集智攻關(guān)用各類“神器”武裝“太空之家”,在很大程度上提升了它的性能和智能化程度。

　　以“太空之家”的“大腦”為例,就是一個高智能化的產(chǎn)物。這個控制計算機系統(tǒng)和自主研發(fā)的spaceOS2操作系統(tǒng),可自主地進行航天器飛行軌道、姿態(tài)調(diào)整、運行狀態(tài)的智能化診斷,以及遙測下傳、地面遙控指令的執(zhí)行。

　　值得一提的是,這一系統(tǒng)可以實現(xiàn)“一心多用”,能同時管理運行幾十個任務(wù),并具備著從三臺互為備份的計算機中發(fā)現(xiàn)錯誤、下達正確指令的“三機容錯”功能。朱樅鵬說,這真正意義上實現(xiàn)了多臺計算機在故障時的無縫切換,為航天員在太空的工作生活提供了有力的生命保障。

　　噪音,是航天員在空間環(huán)境中能否安心工作的一大影響因素,然而,工作艙內(nèi)一些設(shè)備需要日夜不停地工作,會發(fā)出各種噪聲,這對航天員來說堪稱一種“折磨”。

　　五院天宮二號空間實驗室飛船工程師尚明友說,為最大限度地減輕噪聲對航天員的影響,該院制定出嚴格的生活區(qū)和儀器區(qū)噪聲控制指標,并采取設(shè)備分區(qū)安裝、增設(shè)吸能裝置、優(yōu)化消聲裝置等方法,把航天員工作區(qū)和生活區(qū)的噪音控制在了50分貝這一適宜的程度。

　　尚明友還提到,為了避免夜間天宮二號飛行進出測控區(qū)時的語音通報影響航天員睡眠,科研人員還特意增加了“禁止功能”——航天員可以根據(jù)需要自行決定是否屏蔽測控區(qū)的語音通報。

　　在太空,航天員處于失重狀態(tài),行動時,往往都需要借助踩踏內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反作用力,但在天宮一號時代,航天員踩踏時,總有一種腳下軟質(zhì)內(nèi)飾“一踩一個坑”的不便。

　　一種輕量化的硬件材料解決了這一問題。尚明友還告訴記者,科研人員在天宮二號的多個區(qū)域,增加不少硬質(zhì)扶手,并引入了駐留腰帶、頭戴式無線藍牙耳麥等設(shè)計來解放航天員的雙手。

　　人體最舒適的體表溫度是23℃,相對濕度在50%附近。朱樅鵬告訴記者,天宮二號所攜帶的熱控系統(tǒng),便可將密封艙的空氣溫度控制在22～24℃,相對濕度控制在45%～55%這一人體最舒適的環(huán)境。

　　事實上,如何長時間提供適合人生活的環(huán)境,如何長時間提供舒適的溫度、顏色等“體貼入微”的環(huán)境設(shè)計,都將在天宮二號任務(wù)中得到驗證,為航天員長期在軌駐留提供了有力保障。

　　載人航天器熱控與衛(wèi)星熱控的最大區(qū)別就在于,載人航天器熱控分系統(tǒng)既要保證儀器設(shè)備和結(jié)構(gòu)的溫度,還要為航天員提供舒適的溫濕度環(huán)境。

　　如同我們熟知的家用空調(diào)一樣,天宮二號的熱控系統(tǒng)也能在炎熱潮濕的夏天,為室內(nèi)送來冷風(fēng),并除去空氣中的濕氣,在寒冷干燥的冬天,為室內(nèi)帶來熱風(fēng),并加濕干燥的空氣,讓室內(nèi)溫濕度始終保持在人體最舒適的范圍內(nèi)。

　　不過,這個“天宮牌”的空調(diào),也不完全等同于家用空調(diào)。家用空調(diào)一般要實現(xiàn)20平方米房間的制冷,空調(diào)的功率約1200W。不過在外太空,電資源是非常寶貴的,按照五院總體部專家的說法,在太空使用1200W功率的東西顯得過于奢侈。

　　因此,“天宮牌”的空調(diào)不再需要使用壓縮機,而是直接利用外太空的冷背景,以及單相流體回路的熱量收集和傳遞功能,將密封艙內(nèi)的儀器設(shè)備產(chǎn)熱、化學(xué)產(chǎn)熱和航天員產(chǎn)熱共計幾千瓦的熱量,通過輻射器排散到外太空。這使得其整個空調(diào)系統(tǒng)的功率僅有220W左右。

　　另一個稱得上“體貼入微”的設(shè)計要屬顏色了。

　　科研人員為天宮二號漆上了不同的顏色,四周的墻面選擇了明亮的米白色,底部選擇了深灰色,工作臺等面板采用了天藍色。尚明友說,這一多層次的顏色劃分,有望帶給航天員一種清爽的感覺。

　　值得一提的是,這種漆可不一般,是特質(zhì)的“航天漆”,其首要技術(shù)指標就是“環(huán)保”,不能含有任何有毒有害成分。畢竟,在太空環(huán)境中,沒有了重力、氣壓的束縛,物質(zhì)的揮發(fā)速度是在地面上的數(shù)倍。朱樅鵬說,一旦密閉的艙體內(nèi)使用的涂料含有有毒物質(zhì),那將直接危害到航天員的健康。

　　他還透露,為保障航天員在太空的空氣質(zhì)量,五院的科研人員專門研制了環(huán)控檢測裝置,它可以同時完成“太空之家”內(nèi)二氧化碳、乙醛等20多種氣體及有害微生物的濃度監(jiān)測,一旦有害物質(zhì)含量超過預(yù)警值時,就會立即報警并指示航天員按照預(yù)定方法進行處理,以保證航天員的生命安全。