神舟九號:微重力下的細節

2012年6月29日上午，三名中國航天員隨神舟九號的返回艙成功返回地面。 （秦憲安/圖）

儘管美國和前蘇聯在1960年代就已經完成了手動交會對接，這項工作時至今日仍然是相當困難的。

2012年6月29日上午，三名中國航天員隨神舟九號的返回艙返回地面，降落在內蒙古。經過短暫的重力再適應，景海鵬、劉旺和劉洋先後出艙。中央電視臺直播了全過程。畫面上地面的醫務人員表情輕鬆，而三名航天員出艙時臉上帶著的微笑更是說明了一切。

歷時13天的太空任務結束了，神舟九號在許多方面都具有歷史性的重要性。它分別進行了與天宮一號的自動和手動對接，這讓中國成為了世界上第三個擁有這些能力的國家。在太空的實驗室裡，航天員也成為了中國第一個軌道站的第一批居民。人們談論最多的還是劉洋，她是中國第一個女航天員。

相應地，任務中也克服了一系列特殊的困難。以手動交會對接為例，其難度可以歸納為四個方面。

首先是識別判讀難。飛船儀表上不但有圖像，還有十多個參數需要航天員同時識別和判讀，並進行及時、準確的判斷。二是控制精度高，需要航天員具有很強的操作能力和心理穩定性。三是操控難度大，航天員的左右雙手需要同時控制平移、姿態兩個手柄對飛船進行6個自由度、12個方向上的動態控制。四是天地差異大。太空執行任務時的環境、控制響應、控制耦合和其他不確定風險等都是地面無法完全設想和模擬的，更多的要依靠航天員隨機應變的能力。

6月24日，劉旺操縱飛船，電視直播畫面中兩個十字慢慢對準，飛船一米一米地靠近並最後輕輕碰在一起。此前，對接的控制在地面上已經操練了上千次。在6月18日的自動對接過程中，手控對接設備也啟動了，航天員進行了手控指令發送等操作，這讓劉旺進一步熟悉了對接過程的相關操作、圖像和參數。

儘管美國和前蘇聯在1960年代就已經完成了手動交會對接，這項工作時至今日仍然是相當困難的。想像一下讓兩個時速數千公裡的飛行器靠近，然後連接在一起。手動對接通常是在自動對接失敗時作為一種備用方案。在軌期間，航天員們還進行了醫學實驗，包括對蝴蝶、蝴蝶卵和蛹的實驗。劉洋在寬敞的天宮一號裡甚至打了一趟太極拳。

神舟九號任務的成功在國內外都引來讚嘆。「這意味著中國離空間站的夢想又近了一步。」英國《每日電訊報》評論說。BBC的科學通訊員喬納森·阿莫斯（Jonathan Amos）也說「微笑說明了一切」，他指出了神舟九號任務達成的數個「第一次」，也同時做了「友情提示」：「按照陳詞濫調的說法，太空飛行是很難的，那麼中國人的項目將來也會遇到一些問題。太空飛行的歷史告訴我們，一些負面的結果是無可避免的。屆時北京方面做何反應也是一個有趣的問題。」

無人知曉的生理變化

四年前，經層層選拔，他們從飛行員中錄取變為「預備航天員」，再經過空中實踐和各種培訓後，才成為了真正的航天員。

在四年的訓練中，航天員進行了大量的理論學習，包括五十多門理論課程，如數學、英語、天文學等基礎課程，以及工程技術、航天醫學等實踐性較強的課程。

用模擬器體驗失重環境的飛行培訓也必不可少。失重培訓通常有兩種方法，一種是拋出模擬器製造失重飛機的環境，這種失重只能維持幾十秒鐘，另一種是利用「失重水槽」的地面設備，在水裡加上一定的礦物質，讓航天員在水裡的環境接近失重狀態，所有的模擬器放在水裡，航天員在水槽裡進行動作。第二種方法在訓練中經常用到。

不過，不管在地面上如何訓練，中國載人航天工程歷次飛行的時間從來沒有超過13天。那麼，航天員身體狀況究竟會出現什麼變化，是誰也不清楚的。神舟九號任務中航天員系統的主要職責便是「緊緊圍繞人的安全、健康和高效工作開展」。神舟九號與天宮一號對接任務航天員系統總指揮陳善廣曾在飛船發射前幾天的一次介紹會上向媒體反覆強調這一點。他認為，在較長時間的飛行中，航天員健康保障是關鍵問題。

和以前的神舟飛船相比，神舟九號任務的重要改進便是增加了多項生理監測指標。原先的監測指標無外乎心電、呼吸、體溫、血壓等，同時通過天地對話觀測航天員圖像來判定其身體狀況。這一次，為了監測航天員心血管功能變化，在軌時每天都需進行新的無創心功能檢查、心肺功能檢查以及其他一些重要生化指標的檢測。此外，二十多種醫學預案也得到了補充，一旦出現問題，整個航天員系統便能天地協同、快速支持。

在神舟九號的太空之旅中，備受關注的女航天員劉洋被稱為「載荷專家」，負責空間醫學實驗。她的主要工作是進行人的心血管系統、神經系統、前庭眼動、認知能力、在軌人體生理參數等指標的測量及記錄，以供返回後航天醫學專家分析和研究。

在航天專家看來，做到這些，無疑為我國中長期載人航天飛行醫學研究和健康保障積累經驗打下堅實的基礎。同時，初具規模的航天醫學空間實驗的體系也由此建立，為今後空間站的建立提供了最重要的論證依據。

十四年磨一劍

一些在地面上覺得十分可行的操作，在太空環境下可能會變得完全不同。神舟六號設計時，唯一乘坐過神舟飛船的航天員楊利偉便提出了改進建議。例如，飛船上用來收集雜物的袋子，地面上感覺用拉鏈比較方便，太空微重力狀態下的實際感受卻是用繩系口的方式更方便。

手控交會對接這項複雜的技術就更需要在太空環境進行驗證。航天員手控交會對接系統是一個典型的「人在環路」的複雜系統。「這個系統涉及空間飛行環境下人的操作認知特性、人機互動、人機界面設計等諸多科學技術問題。」陳善廣說。

航天員劉旺曾在發射前向公眾演示過一次手控對接的操作步驟，飛船的儀表上呈現出複雜的圖像和參數，還需航天員同時識別和判讀，並進行及時、準確的判斷。

劉旺是中國首批航天員之一，1998年曾與楊利偉、聶海勝、費俊龍、翟志剛、景海鵬等14人一同入選。在隊友們都先後乘坐神五、神六、神七飛船遨遊太空時，劉旺仍在靜靜等待他的時間。14年的訓練足以使他各方面素質過硬，最終於2012年3月入選神舟九號飛行乘組，並有望承擔高難度的核心任務——手控交會對接。早在神七任務結束後便有消息稱，首批航天員沒有執行飛行任務的即將退役或轉崗。對劉旺來說，這無疑是最後的機會，也是最好的機會。

6月15日早晨，在酒泉衛星發射中心的中外記者新聞發布會上，中國載人航天工程新聞發言人武平宣布確定景海鵬、劉旺、劉洋三人為飛行乘組。下午，三名航天員在問天閣玻璃罩隔離區內與媒體見面，三人首次從各種各樣的消息中走出來，站在公眾面前。

站在玻璃罩內，是因為地球上的病菌進入太空後會產生變異，以尋常的大腸桿菌為例，太空變異後毒性會增強200倍，幾乎無藥可治。因而在航天員升空前，為保證他們不被細菌感染，必須執行嚴格的隔離。

伴隨著極為頻繁的閃光燈和快門聲，身穿藍色工作服的劉洋、景海鵬、劉旺揮手並依次就座。不拿話筒說話時，景海鵬和劉洋面帶微笑，雙手輕放在雙膝上，而劉旺的表情則顯得稍微嚴肅。其間，劉旺說話不多，但特殊的經歷和重要的任務讓他無法迴避，他以「寶劍鋒從磨礪出」自比，顯得很有信心。

6月16日18點37分，火箭升空。整個發射場在圍觀群眾集體倒計時後，進入狂歡狀態。

這時，三名航天員的工作才剛剛開始。太空人剛上天時，與地面暈車、暈機一樣，會感到非常不舒服，工作效率也極度下降。已經預知的困難便不是問題，不久後，他們開始了正常的工作。

為避免航天員在微重力環境中出現肌肉萎縮和骨質疏鬆的症狀，自行車、企鵝服、神經電刺激等主動鍛鍊的方式被採用。腳踏自行車能鍛鍊下肢肌肉，企鵝服內的拉力器鍛鍊上身和肩部、背部的肌肉，下肢負壓筒，則能保持血液循環和下流。因此，主動鍛鍊也是三名航天員在天宮一號艙內每天必修的「課程」。

6月18日，在神舟九號飛船首次與天宮一號目標飛行器進行自動交會對接時，傳回畫面顯示，劉旺用手杖觸碰操縱面板，發送了手控指令。這次太空練習讓劉旺進一步熟悉了對接過程相關操作、圖像和參數，為第二次以手控方式對接做好了準備。