筑牢“太空生命线”
从神舟五号在轨飞行21小时23分钟,到神舟十一号实现33天中期驻留,再到多批次航天员乘组常态化半年驻留,直至近日神舟二十三号发射成功,将有一名航天员开展一年期在轨驻留试验,中国载人航天实现了航天员在轨驻留时长“1天—多天—30多天—半年—1年”的跨越,这背后,是科研人员为航天员长期在轨驻留筑牢的“太空生命线”。
航天员长期在轨,意味着空间站必须长时间持续稳定运行,这对航天器的寿命和可靠性提出了极高要求。中国空间站从设计伊始就开展了长寿命、可靠性、维修性、安全性一体化设计,为平台关键分系统、核心设备等采取冗余设计,采用异构备份理念强化可靠性,配置舱段间故障重构功能。例如,问天实验舱与天和核心舱互为备份,如遇特殊情况,问天实验舱可以随时接管对空间站组合体的统一管理和控制。在“1+1=1”的设计理念指导下,空间站被打造成一个“可更新、可扩展、可开放”的动态系统:硬件坏了能修、到寿命能换,软件能天地同步更新。同时,科研人员从自主健康管理、软件系统设计、在轨故障预案等方面,开展了系统性健壮设计,为航天员长期驻留筑牢了坚实的硬件底座。
如果说长寿命设计是“先天体质”,那么在轨支持就是后天“精心养护”。空间站飞控团队采取“365天×24小时”的全年全天候值守模式,时时刻刻为中国空间站提供在轨支持。除了数以千计的常备预案,他们还打造了天、地、数字“三个空间站结合”运营体系:地面建造与天上一模一样的“电性空间站”用于验证,运用数字化手段创建“数字空间站”,在天地通话、出舱、舱段转位等任务中,开展仿真预示、状态监控、故障分析和状态评估,为航天员长期驻留提供坚实的技术保障。
长期在轨驻留,还意味着必须对一切突发情况有充分的准备。每一艘神舟飞船执行任务时,都有一艘备份飞船在发射场同步总装测试,随时待发。这种“体系级冗余”既兼顾了经济性,又能最大限度地保障在轨航天员的安全。2025年底,神舟二十号返回舱舷窗出现裂纹,应急救援体系快速响应,从发现裂纹到完成航天员“换乘”返回,全程仅用20余天,以实战能力让航天员长期驻留的底气更足。
没有高效的补给体系,长期驻留就无从谈起。从2017年天舟一号升空到2026年天舟十号出征,“太空快递”定期向空间站输送生活物资、补加推进剂、科研实验设备、平台维修备件等,并将空间站废弃物带回大气层烧毁,为航天员长期在轨驻留和空间站稳定运行提供强力支撑。
同时,天舟货运飞船的补给能力也在持续升级。以天舟十号为例,其上行的物资重量约为6.2吨,从多样化的航天食品到新型核心肌肉锻炼装置,再到替换升级的舱外航天服,每一项物资都精准对应长期驻留的刚性需求。
为了让空间站无论飞到哪里,地面都能够“看得见、听得着”,科研人员构建起全球覆盖、全天候、不间断的天地测控通信网络——天链中继卫星系统。在天链卫星投入使用前,我国主要依靠地面测控站和远洋测量船来支撑航天器的测控与通信,载人航天测控覆盖率不足20%。而如今,随着天链中继卫星系统的建立和不断完善,测控覆盖率接近100%,实现了全天候的天地连线,航天员可以随时与家人、医监、地面团队保持联系,出舱活动和科学试(实)验也能获得实时支持。
一年期在轨驻留的意义,远不止刷新一个数字这么简单。在未来的载人月球探测任务中,航天器和航天员将要面对更艰险的太空环境,中国航天在空间站应用与发展工程中积蓄的技术和验证能力,将为中国人的登月之路,乃至迈向更远的深空积蓄更加坚实的底气。
(本报记者 张晓华 本报通讯员 苏际聪)