如何保障航天員安全？如何維修航天器設(shè)備？這些科技你想象不到！

央視網(wǎng)消息：幾天前（10月31日），神舟十六號航天員安全返回地球家園，而神舟十七號乘組三名航天員湯洪波、唐勝杰、江新林則開啟了在中國空間站為期六個月的在軌駐留，今天（11月4日）已經(jīng)是他們在軌的第十天了。這次神舟十七號飛行任務(wù)中有一項特殊的任務(wù)，航天員將通過出艙活動首次進行空間站艙外試驗性維修作業(yè)。

空間站長期在軌運行，航天員的安全如何保障、航天器的設(shè)備怎樣維修維護？接下來我們一起來了解。

在線維修裝調(diào)操作柜空間站里的維修利器

在中國空間站的艙內(nèi)艙外有大量的設(shè)備，這些設(shè)備一旦出現(xiàn)故障該怎么處理呢？我國科研人員創(chuàng)新性地研發(fā)了一套“在線維修裝調(diào)操作柜”，有了它，空間站的實驗設(shè)備和載荷一旦出現(xiàn)故障，就可以在軌進行維修。下面記者就帶我們一起來了解這個中國空間站的設(shè)備維修“利器”。

總臺央視記者褚爾嘉：這里是中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心的鏡像大廳，在這里一共有十四臺像我身后這樣的實驗柜。這些實驗柜實際上跟在中國空間站中的實驗柜是一模一樣的。在我身后這里有一個叫在線維修裝調(diào)操作柜，在中國空間站的夢天實驗艙里就有一個完全一樣的操作柜，它可以實現(xiàn)在軌對出現(xiàn)故障的一些設(shè)備進行維修。

中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張璐：其他的（實驗柜）都屬于科學(xué)實驗柜，都會有一個或者多個比較固定的研究主題。這個實驗柜實際上更多的是一個支撐類的實驗柜，它并沒有一個比如說像生命科學(xué)、流體科學(xué)這方面的專一的、獨立的一個研究方向。以前的時候，有些（設(shè)備）比如說壞了，航天員不是很方便地去進行在軌的一些維修和更換。這個在線實際上就是指在軌的狀態(tài)下，航天員可以對其他的科學(xué)實驗柜，包括其他的空間應(yīng)用系統(tǒng)的一些載荷裝置更換、維修，或者有操作需求的時候，這個實驗柜提供了一系列包括結(jié)構(gòu)安裝、潔凈空間的處理，包括還有機械臂（手）的輔助操作，相應(yīng)的一些真空、排廢氣，很多工具類的支撐，來保障這些維修操作能夠在軌順利展開。

自身體積并不大的在線維修裝調(diào)操作柜是如何實現(xiàn)維修中國空間站中的大型設(shè)備呢？張璐告訴記者，設(shè)計之初，他們就已經(jīng)考慮到了這個問題，為此設(shè)計了一些拓展空間功能。

中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張璐：這里面，我們主要是進行一些比如說小載荷、標(biāo)準(zhǔn)載荷的維修操作，包括有一些有密閉要求的載荷，我們可以通過更換手套進行操作。艙外有一些大型載荷有一些安裝、升級甚至拆裝的操作，我們可以通過這個移動維修平臺，把這個平臺拉開以后，它可以展開成一個大概900毫米x700毫米的一個大平板。艙外的這些大載荷可以在這個大平板上安裝固定，然后航天員在這個平板上結(jié)合內(nèi)部豐富的各種載荷的接口，來進行相應(yīng)的維修操作。

靈巧機械手協(xié)助操作精度可達0.1毫米內(nèi)

大家之前可能已經(jīng)了解到，中國空間站的艙外有大小兩個機械臂，大機械臂展開后長約10米，最大負載能力25噸，可以在艙外爬行，也可以抓取像問天實驗艙和夢天實驗艙這樣的大型艙段?？臻g站外的小機械臂，臂長約5米，最大負載3噸，小機械臂操作精度更高，可以單獨使用，也可以和大機械臂連接，形成約15米長的組合臂，從而擴大航天員在艙外搭乘機械臂可以到達的范圍。

不過你知道嗎，咱們的空間站內(nèi)還有一個靈巧機械手，就在剛才說到的夢天實驗艙在線維修裝調(diào)操作柜里，它展開后大約七八十厘米長，操作精度可達0.1毫米以內(nèi)，可以幫助航天員進行維修裝調(diào)操作。

張璐介紹，在這臺在線維修裝調(diào)操作柜里，擁有一個功能非常強大的靈巧機械手，它擁有十分靈活的7自由度關(guān)節(jié)，可以輕松地旋轉(zhuǎn)到各種姿態(tài)，實現(xiàn)在狹小的空間內(nèi)做復(fù)雜的軌跡規(guī)劃，操作精度可以達到0.1毫米以內(nèi)，且響應(yīng)速度快，能夠幫助航天員在軌完成大量復(fù)雜維修工作。

中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張璐：像有些艙外的載荷進艙之后，包括一些生物學(xué)的載荷，做完實驗之后，有一些殺毒、消菌需求的時候，我們可以通過更換機械臂（手）的末端工具。未來我們可以有不同的末端工具，更換之后可以執(zhí)行不同的操作任務(wù)。有一些很繁瑣的擰螺釘或者是做一些簡單的采樣，我們可以換上一個小型的末端，一個夾爪或者是一個電動的剪刀，就可以把這個操作完成。

智能誘導(dǎo)維修系統(tǒng) 在軌維修更便利

除了有靈巧機械手幫忙，科研人員還設(shè)計了搭載增強現(xiàn)實技術(shù)的在線維修系統(tǒng)，只要戴上一副眼鏡，航天員不用翻看任何操作手冊，就可以實時接收操作指令，實現(xiàn)便捷的在軌設(shè)備維修工作。

中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張璐：大家知道空間站實驗柜就有14個，這14個實驗柜都是由各種各樣不同的部組件、科學(xué)診斷手段、科學(xué)探測的一些設(shè)備組成的。這些設(shè)備就像我們家里用的電器一樣，一定會有到壽命時間的或者說有一些故障了，航天員必須要在在線的狀態(tài)下、在軌的狀態(tài)下對這些故障進行診斷、維修、組裝。

為了更快、更便捷地進行在軌維修操作，科研人員開發(fā)了一套智能誘導(dǎo)維修系統(tǒng)。航天員會戴一副眼鏡，通過增強現(xiàn)實技術(shù)實時接收語音、文字、視頻等操作指令，使維修操作變得不再復(fù)雜繁瑣。

據(jù)介紹，這套基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能誘導(dǎo)維修系統(tǒng)真正實現(xiàn)了實時準(zhǔn)確地將所需要的數(shù)字化維修誘導(dǎo)信息疊加到實物對象上，使得航天員能夠獲取視覺、聽覺等方式的維修提示，提高了航天員在軌維修作業(yè)效率，為空間站在軌維修維護、裝調(diào)、實驗操作等任務(wù)提供了可靠的技術(shù)支撐。

有備無患！從沒用過但不能沒有的逃逸塔

通過維修作業(yè)，空間站的運行能夠更加安全、穩(wěn)定。其實，對于載人航天工程而言，安全的理念貫穿在每一個環(huán)節(jié)當(dāng)中。從空間站任務(wù)開始，為了確保航天員的安全，長二F火箭和神舟飛船都會采取“雙發(fā)并行、一主一備”的模式。就在神舟十七號發(fā)射的同時，神舟十八號的飛船和火箭就已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心待命了。

執(zhí)行載人發(fā)射任務(wù)的長征二號F火箭，它的外觀非常有標(biāo)志性，它頭頂上有一個像避雷針一樣的裝置，這就是火箭的逃逸塔，逃逸塔也是載人航天發(fā)射的一個關(guān)鍵裝置，長二F火箭的歷次發(fā)射，它從沒有被用到過，卻是決不能沒有的裝置。接下來，記者帶您到神舟十八號的逃逸塔廠房里去近距離地看一看，我們一起結(jié)合逃逸塔飛行試驗的鏡頭，來了解長二F火箭逃逸塔的作用。

總臺央視記者陶嘉樹：長征二號F火箭是我國目前唯一一型可以運送航天員的火箭，那么運送航天員也有一個前提，那就是一定要保障航天員的安全，如何保障呢？在我身邊的裝置就是長征二號F火箭的逃逸塔，也就是我們看到火箭頂端像避雷針一樣的裝置，它由1臺逃逸主發(fā)動機、1臺分離發(fā)動機和4臺俯仰偏航發(fā)動機組成，它的作用就是在火箭飛行的前120秒內(nèi)，一旦火箭發(fā)生危及航天員生命的故障時，可以迅速將神舟飛船的軌道艙和返回艙帶離故障火箭，將航天員帶到安全地帶。

航天科技集團一院長征二號F運載火箭總體設(shè)計師陳牧野：逃逸主發(fā)動機，大家可以看到它噴管相比其他的都比較大，它的推力也是這幾個發(fā)動機中最大的。它的作用就是當(dāng)火箭發(fā)生重大故障的時候、可能威脅到航天員安全的時候，它把整個逃逸飛行器帶離故障火箭，然后能夠使逃逸飛行器打到一安全的區(qū)域。

記者：它是相當(dāng)于把飛船從火箭里面拽出來的一個用處？

航天科技集團一院長征二號F運載火箭總體設(shè)計師陳牧野：對。這一圈有8個相對小一點的噴管發(fā)動機是逃逸分離發(fā)動機，它有兩個作用，第一個是當(dāng)發(fā)生故障的時候，由剛才介紹的逃逸主發(fā)動機把逃逸飛行器拽離之后，返回艙和逃逸塔之間的分離使用的是逃逸分離發(fā)動機。在正常飛行過程中，我們還有一個拋逃逸塔的動作，拋逃逸塔的動作就是由逃逸分離發(fā)動機來完成的。

記者：下面這幾個小一點的呢？

航天科技集團一院長征二號F運載火箭總體設(shè)計師陳牧野：我們叫俯仰和偏航發(fā)動機，它有不同的方向，它的作用就是當(dāng)發(fā)生逃逸的時候，它的工作是使整個逃逸飛行器偏離故障火箭的飛行管道。就相當(dāng)于我從旁邊推你一下，本來咱們是在一條跑道上跑的，然后你受到一個力，你就去到旁邊的跑道，這樣能夠使整個逃逸飛行器更加安全。

逃逸塔是載人火箭至關(guān)重要的裝置，雖然不用，但不可不備。截至目前，逃逸塔從未真正意義上使用過。2021年，中國載人航天工程進入空間站階段后，要求長征二號F火箭發(fā)射一發(fā)、備份一發(fā)，神舟十七號已經(jīng)成功發(fā)射，我們在廠房內(nèi)看到的這個逃逸塔，正是下一發(fā)長二F火箭的逃逸塔。

記者：這個是遙十八火箭的逃逸塔嗎？

航天科技集團一院長征二號F運載火箭總體設(shè)計師陳牧野：對，咱們現(xiàn)在看見的逃逸塔是遙十八火箭的，它目前處于應(yīng)急待命值班的狀態(tài)。不光是遙十八的逃逸塔，遙十八火箭的箭體目前也已經(jīng)豎立在總裝測試廠房中，處于應(yīng)急救援值班的狀態(tài)。當(dāng)比如空間站中有什么問題需要我們再打一艘備份的救援飛船上去的時候，應(yīng)急救援火箭，包括逃逸塔就會組合成一個整體，把應(yīng)急救援飛船送上去執(zhí)行救援任務(wù)，這是有備無患的一種方式。

有備無患！確保航天員安全的多種方式

載人航天人命關(guān)天，航天員的安全永遠是要考慮的第一要素。在實施載人飛行任務(wù)過程中，在不同的階段，有不同的方式來全流程確保航天員的生命安全。這些方式在正常情況下不會被用到，卻是必須做足準(zhǔn)備的，寧可備而不用，不可用時不備，一旦需要，要確保萬無一失。

防爆電梯和逃逸滑道

在火箭待發(fā)段，航天員抵達發(fā)射塔架后，如果出現(xiàn)火箭、飛船發(fā)生一些突發(fā)狀況，在可控的情況下，由航天員救助隊協(xié)助航天員在最短時間內(nèi)通過防爆電梯完成緊急撤離。如果情況危急，就要從逃逸滑道撤離至地下掩體。逃逸滑道如同一個軟管，從發(fā)射塔架9層平臺至地下負一層，全長約57米，滑道內(nèi)襯通過改良，航天員用手和腳的動作控制下滑速度。滑道出口放置有加厚的緩沖墊，能最大程度避免人員在下落過程中受傷。逃逸滑道出口通往地下5米的避險室，這里可以提供非常可靠的安全庇護。

逃逸塔

航天員進入神舟飛船后，從火箭發(fā)射前15分鐘到火箭點火后2分鐘這段時間，是依靠火箭的逃逸塔來保障航天員安全。長二F的逃逸塔有8米高，相當(dāng)于兩三層樓的高度。如果這時遇到故障需要逃逸，只需要3秒，逃逸塔就能像拔蘿卜一樣拽著飛船一起分離出去，把飛船帶離危險區(qū)域。隨后，飛船返回艙會與逃逸塔分離，而后打開降落傘回到地面。在一切正常的情況下，火箭點火2分鐘后，距離地面近40公里的高度時，逃逸塔完成使命被分離出去。

高空逃逸

在逃逸塔分離后到整流罩分離前這段時間，如果火箭出現(xiàn)問題需要逃逸，這時包裹著飛船的整流罩將發(fā)揮作用。整流罩上設(shè)有高空逃逸發(fā)動機，高空逃逸發(fā)動機能夠帶動飛船脫離故障火箭，保證航天員生命安全。長二F火箭配備故障檢測系統(tǒng)，能夠自動檢測各項參數(shù)，判斷火箭故障，發(fā)出逃逸指令和終止飛行指令。

飛船自動識別處置故障

火箭飛行到205秒左右，沖出稠密大氣層。沒有了空氣阻力，包裹著飛船的整流罩也就完成使命，與火箭分離，這時飛船就暴露在了太空中。獨自飛行的神舟飛船，船上設(shè)備能夠自動識別和處置故障，如果在飛船自主飛行過程中發(fā)生緊急故障，飛船可以隨時應(yīng)急返回地球。如果飛船在與空間站自動對接過程中發(fā)生故障，飛船可轉(zhuǎn)由航天員手動控制完成對接。飛船完成對接后、在?？科陂g，如果空間站發(fā)生嚴(yán)重威脅航天員生命安全的事故，神舟飛船具備隨時緊急撤離空間站、安全返回地球的能力。

一主一備應(yīng)急救援

空間站在太空中飛行，可能會遇到航天器故障或空間碎片襲擊等風(fēng)險。目前，每個航天員乘組在軌時間為半年左右，為應(yīng)對可能的風(fēng)險、更好地保障航天員安全，需要長二F火箭和神舟飛船具備快速發(fā)射、應(yīng)急救援的能力。從神舟十二號開始，每一艘神舟飛船發(fā)射時都有一發(fā)火箭和一艘飛船在發(fā)射場進入值班狀態(tài)，如果需要應(yīng)急救援，10天內(nèi)就能實施應(yīng)急救援發(fā)射。

防護裝備和維修作業(yè)

空間站在軌運行，受空間環(huán)境影響在所難免?？臻g站的航天器外本身設(shè)有一些防護裝備，能夠抵御一些微小空間碎片影響。對于大的碎片，空間站可以進行主動預(yù)警和規(guī)避。如果遇到被空間碎片撞擊破損，還可以采用在軌維修的方式更換受損設(shè)備。這次神舟十七號飛行任務(wù)，航天員將通過出艙活動首次進行空間站艙外試驗性維修作業(yè)。