神舟十四號載人飛船將創多個“首次” 任務期間完成天宮空間站建造
神舟十四號載人飛船將創多個“首次”
任務期間完成天宮空間站建造 建成國家太空實驗室
□ 本報記者 廉穎婷
6月6日11時9分，已進駐空間站天和核心艙的神舟十四號載人飛船任務航太員乘組，成功開啟天舟四號貨物艙艙門。12時19分，陳冬、劉洋、蔡旭哲3名航太員順利進入天舟四號貨運飛船。
6月5日10時44分，搭載神舟十四號載人飛船的長征二號F遙十四運載火箭(以下簡稱“長二F遙十四火箭”)在酒泉衛星發射中心發射成功。
在此次飛行任務中，由中國航太科技集團有限公司五院研製的神舟十四號載人飛船，將創下多個“首次”：
是中國空間站任務轉入建造階段後的首次載人任務。
飛船與空間站在軌運作期間，將首次迎來其他航太器——問天實驗艙、夢天實驗艙、天舟五號貨運飛船、神舟十五號載人飛船。
將在太空迎來神舟十五號載人飛船對接空間站，首次實現兩艘載人飛船同時在軌。
首次實現航太員乘組在軌輪換。
神舟十四號載人飛船與神舟十五號載人飛船航太員乘組將同時在軌駐留，6名中國航太員齊聚太空。
在軌期間航太員面臨諸多挑戰
據中國載人航太工程新聞發言人、中國載人航太工程辦公室副主任林西強介紹，神舟十四號飛行任務是我國空間站建造階段第一次載人飛行任務，任務期間將全面完成以天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙為基本構型的天宮空間站建造，建成國家太空實驗室。
具體講，神舟十四號航太員乘組將和地面配合完成兩個實驗艙與核心艙的交會對接和轉位；首次進駐問天實驗艙和夢天實驗艙，建立載人環境；配合地面開展兩艙組合體、三艙組合體、大小機械臂、氣閘艙出艙等相關功能的測試工作；首次利用位於問天實驗艙的氣閘艙實施2到3次出艙活動；完成問天實驗艙和夢天實驗艙十余個科學實驗機櫃解鎖、安裝；繼續開展“天宮課堂”太空授課及其他公益活動。
除此之外，神舟十四號航太員乘組還將開展在軌健康監測與檢查、防護鍛鍊、在軌訓練與演練，以及大量空間站平臺巡檢測試、設備維護、維修驗證、物資管理和站務管理等工作。
“在軌期間，航太員乘組將面臨構型多(其間經歷9種組合體構型)，狀態新(要操控小機械臂和組合臂、從問天艙氣閘艙實施出艙)，任務密(實施5次交會對接、3次分離撤離、2次轉位、2到3次出艙，各次任務環環相扣)等挑戰，對乘組執行任務能力提出很高要求。”林西強說。
實驗艙將開展哪些實(試)驗項目
林西強表示，作為國家太空實驗室，中國空間站艙內可以部署25台科學實驗櫃，每台實驗櫃都是一個小型的太空實驗室，可以支援開展單學科或多學科交叉的空間科學實驗，整體達到國際先進水準。
其中，問天實驗艙主要面向空間生命科學研究，配置了生命生態、生物技術和變重力科學等實驗櫃，能夠支援開展多種類植物、動物、微生物等在空間條件下的生長、發育、遺傳、衰老等響應機理研究，以及密閉生態系統的實驗研究，並通過可見光、熒光、顯微成像等多種線上檢測手段，支援分子、細胞、組織、器官等多層次生物實驗研究，還能提供0.01g至2g的變重力模擬，支援開展不同重力條件下生物體生長機理的對比研究。
夢天實驗艙主要面向微重力科學研究，配置了流體物理、材料科學、燃燒科學、基礎物理以及航太技術試驗等多學科方向的實驗櫃，支援開展重力掩蓋下的多相流與相變傳熱、基礎燃燒過程、材料凝固機理等物質本質規律研究以及超冷原子物理等前沿實驗研究。同時，在天宮二號空間冷原子鐘的基礎上，將建立世界上第一套由氫鐘、銣鐘、光鐘組成的空間冷原子鐘組，構成在太空中頻率穩定度和準確度最高的時間頻率系統，開展引力紅移、精細結構常數測量等前沿的科學研究。
此外，還在艙外安排了材料艙外暴露試驗裝置和元器件與組件艙外通用試驗裝置，用於開展艙外實驗項目。後續，還將發射與空間站共軌飛行的巡天空間望遠鏡研究設施，開展廣域巡天觀測。
針對上述艙內科學實驗機櫃、艙外試驗裝置和巡天空間望遠鏡，在空間站建造階段，共安排了近百項實驗研究項目。
航太員專屬列車三宗“最”
作為航太員專屬列車，中國航太科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院(以下簡稱“火箭院”)研製的長二F遙十四火箭有三宗“最”。
“站崗”時間最長。據火箭院長二F火箭總體主任設計師常武權介紹，自執行“神十二”任務起，長二F運載火箭採取“發射1發、備份1發”及“滾動備份”的發射模式。此次發射的長二F遙十四火箭，就是“神十三”任務的應急救援火箭。隨著4月16日神舟十三號飛行任務乘組成功返回，長二F遙十四火箭也結束了應急救援值班任務，由應急狀態轉入正常任務狀態，再加上發射準備時間，長二F遙十四火箭站立時長達到近10個月。
可靠性最高。為進一步提升火箭可靠性，消除薄弱環節，研製人員不斷進行技術改進。當火箭的可靠性越來越接近1的時候，小數點後每一個數字的微小變化，實現起來都無比艱辛。火箭院長二F火箭總體副主任設計師秦曈說：“在可靠性已經相當高的情況下，再提升，難度可想而知。”最終，團隊將長二F遙十四火箭的可靠性從指標要求的0.97提升到0.9894，靠逃逸系統保障的航太員安全性評估值已達0.99996。
載荷最珍貴。“其他火箭的載荷再貴重都有價，長二F火箭的載荷是航太員，他們的生命是無價的。”火箭院長二F火箭總設計師容易說。為保障航太員的生命安全，長二F火箭專門設計了逃逸系統，假如火箭突發意外情況，逃逸系統啟動，逃逸飛行器像“拔蘿蔔”一樣帶著返回艙飛離故障火箭。返回艙與逃逸飛行器分離後，打開降落傘，緩慢降落到地面。“我們按照最高的標準、最嚴的品質來研製逃逸火箭，它凝結著幾代航太人的心血，但是永遠不要讓這個功能啟用是每個航太人的心願，這就意味著我們的火箭能夠永葆成功。”火箭院長二F火箭故檢軟體設計師錢航說。
確保航太員“通行感覺良好”
由中國航太科技集團有限公司八院研製的對接機構，為航太員入住空間站搭建了一條安全可靠的“生命通道”。
飛船與空間站交會對接成功後，從飛船進入空間站，並非像我們走進家門一樣簡單容易。穩穩停靠空間站後，航太員首先要打開神舟十四號飛船返回艙艙門，來到飛船軌道艙艙門前。此時，軌道艙的前端主動對接機構和核心艙的被動對接機構之間，已經形成了一條直徑80公分、長約1米的通道，這就是航太員進入空間站的“門廊”，在這裡，航太員可以有足夠的空間取出“鑰匙”，打開通往核心艙的雙重保險門。
在對接機構研製之初，設計師對標國際先進技術採用了異體同構周邊式對接機構。這種對接機構的優點在於對接面直徑較大、對接後通道暢通，同時適應性強、承載能力大，可以適應各種噸位的航太器對接，但卻存在重量大、構造複雜，許多纜線、組件、管路等都必須安裝在對接機構的周邊的問題，這給設計和裝配工作帶來一定挑戰。
為給航太員創造一個進出自如的空間，設計師對安裝在對接機構上的產品進行了整合設計，並參照人機工效學等，最終給航太員搭建了一個直徑達80公分的圓形通道，相當於正常房間門的寬度。不僅如此，設計師還在地面進行各類模擬實驗，其中一項就是按照航太員體型最大包絡，請一位身高1.8米、體重80多公斤的設計師進行現場穿越人機工效評價，確保航太員“通行感覺良好”。
