“神舟”再赴苍穹会“天宫”

从神舟一号到神舟十一号，中国载人航天工程已成功发射11艘神舟飞船、天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室，累计有11名航天员圆梦太空。如今，中国朝着空间建站的梦想又迈进了一步。

11月18日13时59分，神舟十一号载人飞船在内蒙古中部预定区域成功着陆，宇航员景海鹏、陈冬安全返航。这标志着天宫二号和神舟十一号载人飞行任务圆满成功。

33天前的早晨，一声惊雷响彻戈壁，长征二号F型火箭运载着神舟十一号飞船，挣脱大地的束缚，直冲天际，踏上了“追吻”征途。在距离地面393公里的轨道上，9月15日发射的天宫二号正等候着与神舟十一号飞船“拥吻”。历时40多个小时、穿越浩渺苍穹，两个比子弹速度快8倍的飞行器在外太空完美交会对接。

“天神合体”之后，两名航天员在天宫二号空间实验室工作生活了30天。这期间，他们开展了航天医学实验、空间科学实验，包括在轨维修在内的技术试验，以及科普活动等数十项工作，为中国科学事业的发展积累了大量宝贵数据。

这是一次任务的结束，更是一段新征程的开始。中国深空探索已经启航，迈向更遥远的新星际旅程才刚刚拉开帷幕。

飞得更高 实验更多 时间更长

与之前的“神舟”前辈们相比，神舟十一号有哪些不同之处呢？

“神舟十一号的特点是飞得更高，实验更多，时间更长。”神舟十一号飞船由航天科技集团五院抓总研制。飞船的制导、导航与控制分系统，简称GNC分系统，承担着飞船从起飞到返回的全部运动控制任务。神舟十一号飞船GNC分系统指挥罗谷清指出，神舟十一号是中国载人航天工程三步走中从第二步到第三步的一个过渡，需要为建造载人空间站做好准备，因此具备了这三个与前辈们不同的特点。

飞得更高，是因为未来的载人空间站轨道位置比较高。过去，神舟十号与天宫一号对接时，轨道高度是343公里。而神舟十一号和天宫二号对接时的轨道高度是393公里，比过去高了50公里。这与未来空间站的轨道高度基本相同，飞行也更加接近未来空间站的要求。飞得更高对飞船的要求也更多，这意味着交会对接时飞船的控制与神舟十号不一样，需要连续变轨。

实验更多，是因为这次飞行要进一步考核神舟飞船作为人员物资天地往返运输工具的性能。任务期间神舟十一号要进行4项在轨试验项目：宽波束中继在轨验证试验、变轨控制验证试验、帆板任意偏置角跟踪太阳功能验证试验和微生物控制试验。通过这些试验进一步验证飞船设计功能，获取和积累载人环境相关的飞行试验数据。

时间更长，是因为此次任务中，航天员需完成组合体30天中期驻留任务，比神舟十号的15天多了一倍。在这一个月中，要保障航天员的生活健康，也要保证航天员执行飞行任务的能力，因此，飞船在驻留、应急、返回方面的保障能力比过去增强很多。

想要成功对接并非易事

在黑暗的太空，神舟十一号要想要追上天宫二号，必须随时掌握它的实时踪迹，然后主动“邂逅”，逐步靠近直至完美对接。宇宙漫漫，“追吻”之旅也是磨难重重。

难题一：茫茫宇宙，天宫二号身在何方

神舟十一号怎样才能在茫茫宇宙中找到天宫二号？激光雷达和光学成像敏感器这两个“情报线人”绝对不能少，有了它们，就像拥有了“火眼金睛”，再黑也不怕找不到目标。

“作为神舟十一号飞船交会对接中穿针引线的‘眼睛’，在天宫二号与神舟十一号交会对接接近段和靠拢段及绕飞过程中，激光雷达必须迅速准确地完成对天宫二号目标飞行器的搜索、捕获、跟踪测量，确保飞船空间交会自动和手控对接、组合体飞行、绕飞控制等任务的成功实现，支撑导航控制系统完成控制任务。”中国电子科技集团公司激光雷达项目副总师吴登喜介绍说。

天宫二号上搭载了中国电子科技集团公司研制的激光雷达合作目标，神舟十一号则搭载了激光雷达主机和信息处理机，其探测的基本过程是由安装在神舟十一号上的激光雷达系统发出激光束，激光束照射到天宫二号上后返回信号，激光雷达系统再根据接收到的返回信号计算分析。“天宫二号携带的激光雷达合作目标装载了特殊的玻璃棱镜，可以从多方位、大范围内反射激光雷达的光信号，配合激光雷达完成距离、角度等飞行参数的测量，确保飞船进行精准对接。”吴登喜说。

除雷达外，神舟十一号还有一个被誉为“灵敏的眼睛”的核心器件——光学成像敏感器，该设备能让两个高速运行的飞行器更加迅速、可靠地对接在一起。如何保持这双“眼睛”持续炯炯有神，其关键组件导航定位激光信息源必不可少。

“即使太空中漆黑无界，导航定位激光信息源也能通过发出激光，在黑暗中找到目标，传递信息;即便是面对太阳强光的直射，它也能发射出比阳光更明亮的双波长激光，确保‘眼睛’不被伤害，找到目标。这极大地提高了交会对接的可靠性，并有助于延长对接窗口期。”中国电子科技集团公司专家覃波介绍，在研制中，集团通过软件建模仿真和多次试验验证，使最终产品的输出稳定性满足了任务要求，导航定位激光信息源在功能、性能和可靠性等同等条件下，重量和功耗仅为国际主流产品的1/2。

难题二：轨道不同，相思相望怎相亲

“如果把天宫二号和神舟十一号比作一对恋人，那么神舟十一号要想在太空拥抱他的‘新娘’，就离不开通信测控系统这个‘红娘’。”中国电子科技集团公司第五十四研究所测控系统总师陈建民说。

神舟十一号成功升空进入预定轨道以后，与他的“新娘”天宫二号并不在同一个轨道上，他们在相距上万公里的茫茫太空看不见彼此，也就无从交会对接。陈建民介绍，神舟十一号和天宫二号在宇宙中高速飞行，要想完成交会，测控系统需要实时对飞船进行测控。测控包括测量与控制两个方面，测量就是对两个飞行器的位置、速度、飞行姿态等进行观测分析，控制指的是对飞船的飞行姿态、轨迹、速度等进行调节。

“测得准，才能控得准。五十四所通信测控系统通过对天宫二号和神舟十一号进行精确定轨，让它们实现‘相思并相见’。统一测控系统遍布全国各测控站点以及海外站点，三颗中继卫星在太空中高悬，通过遥测、外测，对天宫二号和神舟十一号进行远距离引导，精确控制它们进入距地393公里的对接轨道。”中国电子科技集团公司第五十四所高级工程师高京龙说。

进入对接轨道后，通过测控系统发送遥控指令，神舟十一号高速追赶天宫二号，逐渐向天宫二号逼近。“测控系统要精准测量、精确控制它们的飞行速度和姿态，才会避免高速飞行之下，对接不会变成相撞。”高京龙说，“这对‘恋人’在太空完成‘拥吻’动作，难度就相当于在高速飞行中完成‘用线穿针眼’，对测控能力包括测控的精度提出了极高的要求。时速28000公里的前提下，我们的测控精度稍有差池，神舟十一号就会错过与‘新娘’会面的机会。对接时精度不准，就会导致可怕的后果。”

交会对接完成后，这对组合体要在太空完成30天的太空试验。整个过程中，两个飞行器的速度要保持相对静止。

难题三：良辰吉时，差一秒都不行

到达了“新娘”的精准位置，做好了万全的准备，此时，还有一道难题等待着神舟十一号，那就是“拥吻”的良辰吉时不能有分毫的误差。为给这对“新人”准确计时，一套几乎毫秒不差的时统设备诞生了，只要能准时“对表”，两者就一定能按时完成“浪漫之约”。

“天宫二号与神舟十一号的对接就像打仗一样，指挥员总是要求大家‘对表’，确定一个统一的时间，各个系统才可以同步行动，否则就会发生对接不上或两个航天器相撞的后果。” 中国电子科技集团公司副总工程师柴霖说。

部署在发射中心、航天飞控中心、中继卫星控管中心、卫星测控中心及各测控站和测量船上的时统设备就起到了“对表”的作用。柴霖介绍，该设备可为整个航天系统中各种用户设备提供标准时间信号和标准频率信号，使分散在各地的用户设备在统一的时间基准下同步工作，3000年误差不超过1秒。该时统设备参与了天宫二号和神舟十一号的发射、入轨、对接、在轨运行和飞船返回等全任务过程。

此外，天宫二号要与神舟十一号对接，时间精度的要求非常高，必须精准掌握发射的时间及状态，这就需要T0控制台的有效运作。T0控制台提供神舟十一号发射的倒计时、反馈运载火箭的点火时刻和起飞时刻，并分发到通信、测量和控制系统。也就是说不仅要准时发出点火指令，而且要反馈点火是否成功、是否成功起飞、何时起飞等信息。

为了避免单通道信息传输受阻，T0控制台采用双通道、双处理的新模式，实现指令的分发与反馈毫秒不差、万无一失。“指令发出后，点火是否成功，是否成功起飞，何时起飞，这些信息的反馈也是采用双通道，以确保任务万无一失，避免传输受阻或失败。未建立双通道，一旦出现故障，最好的情况是火箭发射失败，但还矗立在发射塔;最可怕的是火箭发射出去了，但相应数据并未传回，直接影响启动下一步设备以及对飞船的进一步控制。”柴霖说。

航天员的“天上生活”

神舟十一号上搭载的两名航天员在轨飞行33天，这是中国迄今为止时间最长的一次航天飞行。那么，宇航员是如何度过“天上的”生活？

航天员吃什么

中国航天员中心科研训练航天食品营养研究室副主任曹平说，这次航天员的食品在种类上达到了100多种。在神舟十一号自主飞行段，航天员食欲不佳，所以会配备粥等清淡的食物。

正式入驻天宫二号后，航天员就有了丰富的一日三餐，吃饭时间与地面同步，品种包括主食、副食等六大类，酱牛肉、鱼香肉丝等传统菜肴都有，五天之内都不会重样。考虑到中期飞行航天员的身体状况变化，结合我国医学食疗食养的理念，也配置了相应的食品，使航天员有更好的体魄完成工作。

航天员可以使用专用的食品加热器吃到热腾腾的饭菜，还可以享用甜点。航天员喝的是经过特殊方式消毒、能长期保质的水。

曹平说，食品设计师品尝过这些菜肴，不仅符合航天员饮食习惯，同时也非常可口，能提供充足能量和营养素。

航天员健康如何保障

中国航天员科研训练中心航天员系统副总设计师黄伟芬介绍，航天员在太空中的健康保障包括医监医保、失重生理效应防护、营养保障、心理保障、载人环境监测与评估等。

黄伟芬说，根据神舟十一号两名航天员的不同年龄特点，采取了有针对性的医监医保工作，强调预防为主。由于飞行时间较长，飞行前的疾病防治工作很重要，要减少在飞行中出现疾病的概率。在飞行中对航天员健康开展动态观察风险评估，对飞行中可能会出现的问题、怎么处置的预案都做了完善。

由于神舟十一号航天员飞行时间长，失重防护更加突显。航天员配有套带、企鹅服、自行车功量计和拉力器。企鹅服是一个失重对抗防护的设备。人在失重状态下长期生活，由于没有重力作用，人体的肌肉会萎缩。企鹅服里面有很多弹性袋，像地面上做运动的拉力器，航天员穿上后通过弹性力的作用，使肌肉得到紧张，避免肌肉萎缩。套带用在航天员大腿部，它的作用是通过加压，防止微重力对人体体液分布的影响，比如导致大脑血液过少。

据介绍，套带是入轨后前3天连续使用。企鹅服优化了穿着时间、加载负荷分配并明确企鹅服对肢体活动要求。自行车功量计优化了锻炼程序，加强了针对性设计。拉力器增加了下肢和腰背肌锻炼。

航天员穿什么

“以前我们对航天员服装及配饰考虑得比较单一。随着任务的多样化，航天员服装的种类也更加丰富。”中国航天员科研训练中心副研究员杨立众介绍。

航天服包括舱内航天服和出舱穿的舱外航天服。航天员入轨以后正常开展工作，脱掉白色舱内航天服换上舱内工作服和鞋，进行正常的值班、科学实验、操作、生活。运动服是在天宫实验室和组合体内进行锻炼时穿的衣服。休闲服是在驻留期间与工作服轮流穿着。内衣穿在最内层，可以4天换一套，具有一定的保暖性、卫生性和舒适性。

地面的航天员服装包括夏装和秋冬装。设计师还设计了腰带、围巾、丝巾和领带等。

航天员服装上有各种标志，如国旗、载人航天工程的标志、飞行荣誉标、执行的任务标、姓名牌等。可以看到几颗星表示他前期上过几次太空。如果是没有参与过飞行任务的航天员，那就是空的。

此外，航天员还配有睡袋，兜里有眼罩、耳罩，有遮光和防噪功能。睡袋上有8个钩子，数个束缚带，可以固定在舱内，防止在失重环境中漂移。

中国航天向空间站时代挺进

“神五”突破载人飞天、“神六”实现两人多天，“神七”突破出舱活动、“神八”实现无人对接、“神九”突破载人交会对接……每艘飞船型号的更新，都意味着中国载人航天事业实现巨大跨越。

在中国载人航天工程办公室主任王兆耀看来，此次任务的圆满成功对我国的航天事业来说意义非凡。“这标志着我国空间实验飞行任务取得具有决定性意义的重要成果，为我国空间站建造运营和航天员长期驻留奠定了坚实的基础。”

具体而言，此次任务验证了航天员中期驻留的生命保障技术、人机协同在轨维修技术，考核了空间站运行轨道的交会对接、组合体运行、载人飞船返回等相关技术，还积累了长期飞行任务管理和组织实施较大规模空间应用试验的相关经验。

“太空探索永无止境，航天攻关任重道远”。王兆耀透露，2017年，我国将发射首艘货运飞船——天舟一号，与天宫二号进行推进剂补加试验，进一步验证掌握空间站建造运营相关关键技术，全面完成空间实验室阶段任务。

空间站是中国载人航天工程“三步走”战略的最高目标。从无人飞行到载人飞行，从一人一天到多人多天，从舱内实验到太空行走，从短期停留到中期驻留……中国人正一步一个脚印地走近属于自己的太空家园——空间站。“随着中国空间站建设的稳步推进，到2022年前后，中国载人航天‘三步走’发展战略目标将全部实现。”王兆耀说。（本刊综合）