时间:2023年5月30日
嘉宾:国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光
中国网:北京时间2023年5月30日9时31分,搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约10分钟后,神舟十六号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,航天员乘组状态良好,发射取得圆满成功。此次任务是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的首次载人飞行任务,航天员乘组由景海鹏、朱杨柱、桂海潮组成。这是我国第三批航天员首次执行飞行任务,也是航天飞行工程师和载荷专家的首次飞行。神舟十六号航天员乘组将完成哪些在轨任务?交会对接有何技术难度?首次亮相的第三批航天员将执行哪些任务?本期节目,特邀国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光为您解读。
国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光做客节目解读神舟十六号发射亮点。中国网 杨佳 摄影
中国网:宇光,你好,欢迎您做客中国网《中国访谈》节目。
杨宇光:非常荣幸和中国网的网友一起分享相关的话题。
中国网:此次神舟十六号载人飞船已经顺利发射了,这是中国空间站全面建成、转入应用与发展阶段的首次载人航天飞行任务。在轨期间,他们将会完成哪些任务?交会对接的技术难点有哪些?
杨宇光:确实如你所言,这次飞行任务非常重大的意义就在于,它是我们在空间站建成以后,也就是根据中国载人航天工程办公室的权威发布,进入了应用与发展阶段的第一次载人飞行任务。之前(5月10日)的天舟六号是我们进入这个阶段以后的第一次飞行任务,所以说两者的意义都是非常巨大的。
整个的神舟十六号乘组,从定位上来说,和神舟十五号乘组是非常不同的。神舟十五号乘组被誉为是“圆梦乘组”,也就是在我们神舟十五号乘组的手上中国空间站正式建成了。所以说神舟十五号乘组它很大的一部分工作量是建造的工作量,就是说为我们整个空间站的建造来进行服务。
神舟十六号乘组就不一样了,从我的理解角度肯定是进行各种各样的科学实验,也就是神舟十六号乘组将是(让)我们空间站真正集中力量开始发挥效益的乘组。我们从这个空间站的建造阶段,我们给它转到了空间站的正式的应用与发展阶段,其实这里面也有很多的工作量,会有严格的评估,也就是说是不是适合转到这个阶段了,适不适合就是说(认定)建造工作、各项工作已经达标了,这里面其实任务非常多。举几个例子,比如说我们的空间站,其实它是一个大系统,它里面有很多的分系统。这些分系统其实除了保障航天员正常的在轨生活、在轨运营以外,同时它也是我们研究的对象,就是说等于是要确保它正常的工作,并不是说我们一开始就能够确认这件事,还是需要很多的测试工作和评估工作的。
我相信在神舟十六号乘组驻站期间会有一个很大的飞跃,因为我们真正开展空间工程的一个必要的目的,建站是为了用,不是为了让三个人在天上长期生活而生活,而是为了要有它的科学效益,那也就不难理解神舟十六号乘组的重大意义。
应当说同神舟十五号乘组一样,都属于这种承上启下的乘组,它开创了一个新的阶段,所以这方面是非常重要的。
从另外一个角度来说,其实神舟十六号任务乘组也有很多的技术挑战。比如说这次我们顺利地发射了,这次对接的是空间站的节点舱,这个球形节点舱的下方的径向对接口。从径向对接空间站的话,它是处在不同的高度上的,你即使在同一个轨道平面内,其实本质上来说也是处在不同的轨道,在不同的高度上,这个相对关系它是随时间在变化的,也就是说你想保持住你是要付出“代价”的,也就是说可能要进行一些轨道变轨的这样一些操作,然后才能够保持住,因为以前我们做的次数并不多,所以应该说也是一个难点和挑战。
还有另外一个很有意思的一件事。我们知道,目前的天舟六号货运飞船对接在我们空间站的后向对接口,在这之前我们的天舟五号货运飞船,已经就是说为它腾出了对接口,这是一个对接的必要条件。我们的天舟五号货运飞船还要再发挥余热,它现在处于一个独立飞行的阶段。等我们的神舟十五号乘组从前向对接口分离,安全地返回地球之后,我们的天舟五号货运飞船会再次和空间站对接,对接到前向对接口。
中国网:接收太空垃圾。
杨宇光:非常准确。就是说其实从这里就可以看出,现在我们空间站它的效率和过去是不一样了,一开始其实我们在关键技术验证和建造阶段,我们是打了一些余量的。通过这几年的运行,一个就是我们现在的氧的循环,航天员使用呼吸的氧气,它的回收率已经达到了100%,也就是理论上来说不需要你再补充氧气。还有水的重复利用率,回收率达到了95%。这也就意味着我们每一次的天舟货运飞船,不需要在这方面给航天员送去太多的生活物资。
这次天舟六号货运飞船运送上行的物资,它不仅仅是为神舟十六号乘组服务,还有很大一部分是为我们将来的神舟十七号乘组服务。过去我们一年要发射两艘货运飞船,现在两年发射三艘就够了。我们天舟五号货运飞船里面其实还有空间,这样的话其实将来它还是可以存放一部分垃圾,而且还可以有其他的科学方面的应用。
这里其实又带来了一个问题。这次我们的神舟十六号乘组,还是要面临这样一次货运飞船的造访,也就是天舟五号货运飞船还是要和我们空间站的前向对接口对接。在这个过程中,其实他们会严密地监控整个的交会对接的过程,一旦自动交会对接系统出现问题的话,就可以切换成手动交会对接模式,确保对接是万无一失的。所以,我们可以看到,就是说其实神舟十六号乘组除了进行各种高档次的科学实验以外,它的这些工程上的工作也是很繁忙的。
在神舟十六号乘组驻站期间,尤其是它和天舟五号货运飞船完成交互对接以后,又会创造一个中国的记录。我们的空间站它的最大的构型是6个飞行器的组合。我们空间站的三个舱段,再加上两艘神舟飞船和一艘货运飞船,也就是在任务交接期间,组合体重量大约是100吨。当这次如果天舟五号货运飞船再去和空间站对接以后,因为我们知道天舟货运飞船要比神舟飞船要重得多的,就是说这个时候就成了三个舱段,再加上两艘货运飞船和一艘神舟飞船,它的重量大概已经接近110吨了,所以说这又创造了一个中国的纪录。
中国网:神舟十六号载人飞船用的是我国新批次的载人飞船。较上一批次相比,新批次的载人飞船有哪些特点,或者说进行了哪些优化升级?
杨宇光:我们中国的神舟飞船其实从神舟十号飞船开始,基本上飞船本身的定位也就作为空间站的天地往返运输飞船,它并没有一个大的技术状态的变化。虽然说每次,包括每一艘飞船,为了它更加安全、更加舒适、更加人性化,功能也更加强大,每一次都有一个小的改进。
根据目前公开发布的消息,有一个很重要的指标就是整个元器件的国产化率,现在可以说应该是达到差不多是100%了,说明咱们国家,不但我们的飞船,也就是整个集成起来的飞行器,达到了一个比较高的水平。
第二,根据公开的报道,目前是我们的航天员的操作面板也有了一个优化。因为神舟飞船设计是比较早的,是上个世纪90年代的产物。现在我们对整个的航天员操作界面进行了一个优化,使得它更易于操作、更人性化,这也是随着技术进步做的小的一个调整。从我个人的理解,这样也能够减轻航天员在这些方面训练的负担,这样的话航天员能够把更多的精力投入到专注于科学实验的这些方面上,所以,这也是一方面的进步。
中国网:随着神舟十六号航天员乘组进驻中国空间站,中国空间站也迎来了第二次两组航天员的“太空会师”。他们将进行在轨任务交接,计划交接时间五天,或者更长或者更短的交接时间。那么他们将会进行哪些任务的交接?从时间长度上来看,是不是交接任务比较繁重?
杨宇光:其实我们从神舟十四号和神舟十五号乘组,首次历史性的“太空会师”,那个时候就创造了一个中国的记录,历史上从来没有这么多的中国人在“天上”。这次又是第二次创造这个记录,就是说六个人同时在轨。
在轨任务交接并不是一个新事物,已经运行了20多年的国际空间站,从它一开始也就是2000年左右,它的第一个任务乘组进驻以后,之后它都是采用在轨进行任务交接。所以,其实是我们在追赶一个国际先进水平。
从人类的第三代空间站开始,以及作为第四代空间站的国际空间站和中国“天宫”空间站都是极其复杂的。面对面交流的效率显然是高得多的,这是毋庸置疑的。面对面沟通的很大的一部分工作,或者说我们必须做的工作,就是我们空间站的运营的相关技术状态和头绪的一些交接。每一个系统,尤其刚才提到的,它是有气、液、还有机电,有各种各样的泵,还有各种各样的活动部件。这些活动部件它都是有磨损的,包括管路都是有磨损的,它是需要定期地进行维护和更换的,它有很多的易耗易损的部件。举个例子,这些系统现在是什么工作状态,哪些管子是不是快到寿命了、该换了,这都是头绪。航天员都需要进行交代的,都需要交接的。下一个乘组来了,(如果)他不知道,那到时候就出问题了。所以,保证它正常的运行,这里面就是说要干的这些工作量就很多。这是一个大的方面。
另一个大的方面就是各种科学实验。神舟十六号乘组的定位是对应我们(空间站)的应用与发展,我们要进行更多的科学实验,包括舱内的科学实验和很多舱外的科学实验。这个过程中其实他们的工作量也非常繁重。
刚才我们谈论的话题,为什么要进行在轨交接?很大程度上,因为未来的科学实验的范围越来越广,数量越来越多,品种越来越多,很多的实验周期是很长的,它是要跨乘组的。也就是说你这个乘组,因为繁忙或者因为其他原因,可能这个实验并不是说在一进站它就能开展的,而这个实验有的甚至可能是跨几个月的,有可能前一个乘组,比如神舟十五乘组离开之前还没做完,这样的情况下,在轨面对面的进行实验状态的交接是必要的。所以,这是刚才我们提到的从必要性的角度来说。
其实从充分性的角度来说,它是需要各种各样的保障的。首先一点,空间站必须有足够多的对接口,能够保证有两艘以上的神舟飞船同时和空间站对接,我们天和一号核心舱有三个对接口,那就可以保证做这件事。将来其实我们可以展望一下,将来扩展舱,它会有更多的对接口、靠泊口,那也意味着一旦我们某一个对接口出现问题的话,完全不影响空间站的正常运行。所以,将来我们经过扩展以后会有更高的可靠性。
现在这个阶段,我们三个对接口都是利用率非常高了,但是这是一个基本的保证。除此之外,因为三个对接口,不可能说是都是从前向或者后向对接,刚才已经提到了,径向的一个对接,这其实是一项关键技术,它从算法上和硬件的保证上其实都是问题,这个其实也是我们保证能够在轨进行太空会师,能够进行在轨任务交接的很重要的一个保障。
所以,在轨交接这件事说起来简单,其实无论是从它的必要性和它的充分性来说,它都有很多的讲究,这就是它背后的一些细节。
中国网:提到科学实验。据中国载人航天工程网消息,中国载人航天工程办公室与联合国外空司共同遴选的首批实验项目,计划于今年开始陆续上行,在中国空间站开展实验研究。我们知道,此前有来自17个国家的9个项目入选中国空间站首批国际合作项目。目前,这些项目的进展情况如何?神舟十六号载人飞船上是否会开展相关的实验研究?
杨宇光:对于科学实验,其实我们目前有两种上行的手段,一个是我们的天舟货运飞船,它会把科学实验所需要的各种设备和材料送到空间站。对于一些时效性要求比较高的,也可以随神舟飞船上行。
至于说我们跟国外开展这些科学实验,采用哪种方式上行,还要根据载人航天工程办公室的统一安排。但是你提到的这件事其实已经是持续很多年了,因为我们载人航天工程办公室和联合国外空司,其实在几年以前就发布了这个项目的征集,你提到的是17个国家的9个实验项目,其实它一共参与的实体有20多个。每一个实验项目它不但是有多个国家参与,甚至有的是一个国家里有两个以上的科研实体参与了。这里面有高校,有公司,也有国外的科研机构等等,范围是非常广的。
大概率我们的神舟十六号乘组要进行其中的一部分的科学实验,也就是我们由中国的航天员在轨进行操作,但是它的实验是国外的科学家进行的。我相信这里面其实有很多复杂的头绪,一个是在这个实验装置的实验或者是实验项目的征集这个阶段,因为我们知道中国载人航天工程办公室已经把中国空间站的标准的科学实验的机柜,以及供电和信息的接口都已经向全世界公布了。国外的科学家设计的科学实验,只要是符合这些接口的要求,并且也符合安全方面的规范,从技术的角度来说,就具备送到中国空间站来开展科学试验的条件,这是一个基本的要求。
在此基础上,他们提出的科学实验,这个科学实验其实首先的一个要求,就是要具备足够强的科学意义和科学价值。目前无论是中国空间站也好,还是国际空间站也好,尽管目前人类有两个空间站在轨了,但是空间站的微重力资源和其他独特的空间环境资源,依然是一个稀缺资源。所以,在这样的情况下,其实遴选是一个非常重要的事情。
它被遴选了以后,双方进行接口的协调和技术状态的确认,国外的科学家利用他们自有的资金来对这些实验设备进行研制,研制以后还要进行各项严格的地面实验,尤其是舱外的科学实验,还要保证能够适应舱外的高真空、极高温、极低温以及辐照的空间环境,确保你是能够达标的。
这些实验等于是这些方面都达标了、都合格了,接口确实都无误以后才有可能放到我们的飞船里面进行上行。上行了以后航天员在轨对它进行操作,如果出现问题的话,还要对方的科学家在地面进行技术支持,其实它后面这个过程也是非常复杂的,包括国外的科学家也是要进行相应的配合的。
除此之外,有两种实验数据的获取方式,一种是在轨做的实验,就把这个数据通过我们的中继卫星和测控系统把这个数据下行,下行以后就是国外科学家拿到这个数据就可以进行分析处理。这个有可能是你所有的实验都做完了以后再进行处理,有可能做实验的中间就要对它进行处理,决定你下一步的实验怎么做。甚至有一些实验样本,将来要随着我们的神舟载人飞船回来,然后再交给外方的科学家,进行进一步的科学研究。这个过程,你看它里面就有很多种情况,很多种分支,它处理也是不一样的。
但是我需要强调一点,就是跟联合国外空司开展的联合的实验,国外的实验恰恰是我们空间站的所开展的国际合作里面层级最低,但是最经常会看到最广泛的。将来如果有国外的乘组乘坐神舟飞船造访,甚至国外的航天器造访,这个问题就没那么简单了。
未来我相信还会有更高层级的合作,我们也拭目以待。
中国网:此次神舟十六号航天员乘组仍然采用的是“以老带新”的模式,而乘组最大的亮点来自于第三批航天员首次亮相。从此前公布的消息来看,第三批航天员除了在原有的航天驾驶员的基础上,增加了航天飞行工程师和载荷专家两个类别,他们的任务分别都是什么?增加的类别是出于什么样的考虑?
杨宇光:因为我们知道,我们空间站建设是为了用。过去在空间站的关键技术验证阶段和建造阶段更多的是关注工程,到了应用与发展阶段,显然我们更多的关注是科学。二十多个实验机柜,再加上几十个舱位的挂点,有如此庞大的科学仪器,它所覆盖的科学研究的领域和科学学科的门类也是极其广泛的。
从我们要从事的科学实验的广度来说,我们过去的航天员是能够胜任的,但是从深度的角度来说,太专业的事情其实最优的选择还是由专业的技术人员或者是科学人员来做更为合理。所以这就是为什么我们从第三批航天员开始,包括现在还在进行选拔的第四批的航天员,它里面已经有非职业飞行员出身的航天员,也就是从我们的科学家和工程师中选拔的这些航天员,我相信这也是一个必要的举措。
到今天为止,载人航天再成熟,它也是一个高风险的阶段,在这个阶段就需要航天员,尤其是航天的驾驶员和指令长具备飞船的驾驶能力,主要是指在紧急状态下具备相应的处置能力,能够做出正确的判断。所以从这个角度来说,飞行员尤其是战斗机的飞行员,不但他的身体素质要比我们一般人要强得多,而且就是在紧急情况下,能够做出正确的判断和进行正确的操作的能力也要比普通人要强得多。所以,这就是我们的航天员驾驶员和指令长绝大多数还是从飞行员中,尤其是战斗机飞行员中选拔的一个很重要的原因。
但是对于科学研究来说,尽管我们的载荷专家、任务专家、飞行工程师,他也要进行相应的训练,也就是飞船驾驶方面的训练,并不是说他一定要具备这么强的飞船驾驶能力,所以,他就可以把更多的精力和更多的训练的科目集中在他专注要进行的科学实验上。比如说飞行工程师,甚至有可能是从空间站的设计者、地面制造的参与者里面来进行选拔,因为他对这个空间站的设计更熟悉,对相应的工程方面了解得更深入。而任务专家和载荷专家更多的是专注科学实验,尤其是一些比如说是物理学、医学、生物学这些方面的专家,这些方面专家对于相应的科学实验,他会能够有更深入的理解,能够做得更好。
所以,我们可以看到,中国选拔的第三和第四批航天员里面,有更多比例的这种非飞行员出身的航天员,这不但是我们的科学研究进展到一定程度的一个很重要的标志,其实同时也代表我们的天地往返运输系统,也就是我们的神舟飞船的成熟性和安全性达到了一个更高的层级,这样的话不需要所有的三名乘组都是具备飞行员的背景的这样的一个情况了。
中国网:这也是中国空间站常态化运营的一个趋势所在。非飞行员出身的航天员进入太空执行任务,对于他们来说会面临哪些挑战或者难题?比如说这些航天飞行工程师以及载荷专家,他们会执行出舱任务吗?或者说三个类别之间的工作如何打好配合?
杨宇光:我相信其实就是未来的这些飞行工程师和任务专家、载荷专家,他们会有很大的概率去执行出舱的任务。因为空间站的很多的建造扩展和维护的任务是在舱外进行的,所以这些飞行工程师我认为出舱是有很大的概率的。而科学家就要看情况了,如果说他的科研实验项目完全是在舱内进行,确实就是说可能没有这样的必要性,但是如果说一旦他的实验项目是在舱外进行的,有很大的概率他要进行出舱的活动,这里面要进行实验设备的安装调试,甚至出现故障情况进行处理。
其实从国外的情况来看,其实也有另一方面的考虑是,航天员有很重要的一个职责,就是能够互为备份。尽管是飞行工程师和任务专家,驾驶不是主业,但是他依然要进行相关的训练,这也是保证我们整个的天地往返过程安全性和可靠性的一个很重要的举措,包括国外也不例外,都要进行相关的训练。
其实说到挑战,我个人觉得除了像这些艰苦的出舱活动的训练以外,还有一项非常重要的训练,就是在非正常情况下的天地往返所需要进行的各项相关的训练,这是非常艰苦的。无论是火箭起飞的阶段出现紧急反馈,还有飞船在天上出现紧急反馈情况,最大的过载是超过8个G的,就相当于超过身体八倍的重量。对于航天驾驶员来说,你要在这8个G的情况下还要具备飞船的操控能力,操作能力,这是非常难的一件事。即使你不具备操作能力,你自己也要能够扛得住8个G,保证身体不出问题。所以说不管是不是需要有飞船的驾驶能力,哪怕你只是一个载荷专家或者任务专家,你也要经历8个G的超重的训练,至少保证你能够扛下来。
还有一个其实更艰苦的训练就是野外生存训练。因为天上出问题的情况千差万别,时间也千差万别,甚至有可能落到国外,或者是落到公海上,所以航天员要具备野外,尤其是野外恶劣的环境下,比如说森林、沙漠,遇到这种恶劣条件下,还具备自我保护、生存的能力。包括比如说在野外,比如说时间比较长了,你还要具备能够获得食物的能力。我们的神舟飞船里面都有手枪,手枪就是保护你一旦在野外遇到野兽,还能够具备自卫的能力。包括神舟飞船的返回舱里面有救生用的救生筏之类的,你都要会使用。
因为航天员的训练有很大一部分情况,不是为正常情况准备的,而是为你有可能遇到的这些非正常情况去准备的,所以这些情况我认为对航天员都是很大的挑战,也是非常艰苦的。
中国网:最后预祝此次神舟十六号航天员飞行乘组能够在太空出差期间顺利平安。
杨宇光:也祝他们吃得好,休息得好。
(本期人员:编导/采访:裴希婷;图片:杨佳;摄像:刘凯王一辰;后期:刘凯;主编:郑海滨)