2023年5月30日,，長征二號F火箭托舉神舟十六號載人飛船升空,。隨著神舟十六號航天員乘組進入太空,，近地軌道上,，中國空間站和國際空間站等航天器中的航天員人數(shù)之和達到17人,，創(chuàng)下了有史以來同時身處外太空人數(shù)最高紀錄,。與此同時，太空旅游發(fā)展如火如荼,，國外商業(yè)空間站建設蓄勢待發(fā),。可以說,，未來在軌工作生活的人必將越來越多,。
神十五、神十六乘組共 6 名航天員“太空會師”
為支持更多人在軌,，科研人員需要攻克多少技術難關,？
更多人成就太空事業(yè)
“飛天夢永不失重，科學夢張力無限,?！边@不僅是太空授課老師對青少年播撒的探索宇宙奧秘的“種子”,，更是專業(yè)航天員在軌工作生活的生動寫照。除了開展航天科普教育活動外,，密切關注交會對接,，謹慎出艙太空行走，廣泛開展空間物理實驗,、航天醫(yī)學實驗等,，大量工作都少不了航天員的參與。在軌人數(shù)之所以越來越多,，很大一部分原因是太空工作任務越來越繁雜,，對人員的需求大增。
按設計,，國際空間站可支持7人長期駐留,，曾創(chuàng)下短期容納13人的紀錄。自2010年完全建成并投入運營以來,，國際空間站累計接納了數(shù)百名來訪者,，其中很多人是空間科學載荷專家或航天工程師。
國際空間站曾創(chuàng)下短期內(nèi)容納 13 人的紀錄
他們有的積極開展生物醫(yī)學實驗,，研究空間飛行狀態(tài)下動植物,、微生物、細胞的生命活動,，關注生物組織破壞及再生特性,。有的研究太空飛行對人類染色體端粒、認知能力,、基因表達等方面的影響,，獲取生命科學領域的前沿成果。有的在太空中培育糧食作物,，力爭為緩解糧食短缺問題作貢獻,，甚至把若干瓶酒帶上天，對外宣稱是“研究失重對釀造工藝的影響”,。
此外,，航天員還在軌開展了很多工程技術應用研究，比如出艙更換冷卻及通信系統(tǒng)部件,，維護,、裝配空間望遠鏡等。雖然空間站配備了成熟的自動化系統(tǒng),，但航天員應對意外事態(tài)的能力更勝一籌,。以前和平號空間站曾發(fā)生火災，全靠航天員及時滅火,，恢復了正?？諝獬煞植⑿藓貌糠衷O備,。
和平號空間站曾遭遇火災險情
總之，紛繁復雜的事務需要航天員參與,，未來還會有更多航天員投身新領域工作,。而隨著太空旅游越來越火，不僅在軌人數(shù)屢創(chuàng)新高,，為保障游客的安全和享受,，專業(yè)航天員需要負責更多細致瑣碎的事務。
技術保障滿足高要求
想要在軌維持更多人員駐留,，首要條件當然是載人天地往返,，“安全”指標壓倒一切。尤其需要注意的是,，一旦航天員在太空中遇到意外，現(xiàn)有的在軌醫(yī)療救助條件畢竟有限,。因此“最安全”原則對空間站提出了隨時能讓航天員返回地面的要求,。
隨著在軌航天員越來越多，地面需要準備的應急救援飛船也越來越多,，保證其在待命期間安全可靠是關鍵,。目前，載人飛船普遍采用滾動執(zhí)行救援待命,、正常飛行任務的運作模式,，確保每艘飛船在地面等待時間不長且基本相同，避免了飛船長期放置可能帶來的一系列隱患,。
除此之外,，生活物資與個人物品主要依靠貨運飛船送到空間站。要知道,，航天發(fā)射領域有“一克重量一克金”的俗語,，可見太空運力彌足珍貴。
貨運飛船的載荷種類很多,，包括生活物資,、航天飲水、補給氣體,、實驗載荷與空間站補加推進劑等,。隨著在軌航天員增多，對地面貨運補給的依賴更大,，因此提高貨運飛船運輸效率成為技術難點和重要改進方向,。
美國天鵝座貨運飛船帶故障送貨
目前，各國貨運飛船廣泛采用增加復合材料,、優(yōu)化船體結(jié)構和自重控制,、提高推進劑能量轉(zhuǎn)換效率,、提升入軌精度等手段，使貨運飛船在上行載貨比,、快速運輸,、推進劑補加等方面更出色地完成任務。
支撐航天員長時間在軌工作生活,，最重要的技術保障當屬空間站環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng),。在惡劣的太空環(huán)境中，空間站具備保溫,、隔熱,、防撞擊、防輻射,、溫度調(diào)節(jié),、壓力調(diào)節(jié)等多種保護功能，可抵御太空碎片,、宇宙射線,、異常輻射的影響，構建起航天員太空生活的堅實屏障,。
隨著越來越多航天員在軌駐留,，對生命保障系統(tǒng)提出了更高的要求，必須制造數(shù)倍于之前的氧氣,、水,，去除更多二氧化碳、微量有害氣體,、微生物,、微塵，并更精確快捷地調(diào)節(jié)溫濕度,、氣壓等,。
當前空間站中，電解制氧技術可以為航天員提供氧氣,，二氧化碳還原技術可以將航天員呼出的二氧化碳巧妙轉(zhuǎn)化成水,，經(jīng)過再處理后，變成可供飲用的生活用水,。
中國空間站內(nèi)航天員安裝二氧化碳還原裝置
可以說,，高效可靠的環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)“生生不息”地運轉(zhuǎn)，有效減輕了對貨運飛船補給的依賴,，為服務更多在軌人員,，其擴容升級勢在必行。
多領域創(chuàng)新前景光明
傳統(tǒng)上，航天器,、火箭基本是一次性使用的,，綜合成本較高。俄羅斯聯(lián)盟系列載人飛船每次任務成本接近億美元,，高昂價格成為制約人類探索太空的重要因素,。
隨著科技進步，火箭或航天器回收復用技術成為航天科研熱門并逐漸成熟,。經(jīng)過簡單維修后,，越來越多的航天設備可以多次使用，顯著降低了發(fā)射成本,。一旦低成本可重復用技術在航天領域取得更廣泛的實用性進展,，必將助力更多航天員前往太空。
火箭,、飛船等可回收復用將顯著降低載人航天任務成本
空間站在運行中受到稀薄大氣阻力及太陽風等影響,，運行軌道不斷降低，需要消耗大量燃料,，提升空間站軌道,，維持正常工作。此外,，空間站運行期間還要配合交會對接、太空行走等任務,，及時進行變軌及姿態(tài)調(diào)整,。顯然，這些軌道機動都消耗了寶貴的空間站推進劑,，有必要探索驅(qū)動航天器的新技術,。
近年來，網(wǎng)格離子推進器和霍爾推進器逐漸實用化,。最新的研究成果顯示,，采用氬氣推進劑的無電極等離子體推進器的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到30%左右。
等離子推進器和霍爾推進器已廣泛用于航天器
相信在不久的將來,，會有更先進的推進技術應用于航天探索中,，效率更高，耗能更少,，使相同量級的推進劑可以支持更大航天器,，容納更多航天員長期在軌。
目前,，航天員在太空中主要依賴貨運飛船運送補給,。雖然地面科研人員盡力讓航天員吃好，種類繁多的食品已加入航天員食譜中，但在太空中生活一年半載仍然不可避免地經(jīng)常吃類似罐頭與果凍的食物,。
但他們不必著急——太空種植實驗不斷取得成果,，航天員在太空中親手栽培蔬菜水果，時常品嘗新鮮食材,，必將保持更佳的太空工作生活狀態(tài),。
中國空間站上的水稻成長過程
當然，太空種植和更多航天員在軌駐留對于環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)的要求更嚴格,，無論是控制精度,、監(jiān)測指標，還是能耗水平,、工作壽命,，都是未來改善的方向。
而且,，隨著在軌人員增加,，對于溫濕度、照明甚至重力等需求也會逐漸多樣化,、個性化,，環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)的技術水平必然升級，很可能允許航天員在軌進行維修,、調(diào)試工作,。
越來越多的專業(yè)航天員和太空游客在軌駐留，為航天科研者提供了大量原始數(shù)據(jù),，有望為未來地外天體及深空探測積累寶貴經(jīng)驗,。未來隨著飛天“門檻”降低，更多人有望親身體驗太空之美,，更充實的太空工作生活也將助力人類航天探索飛得更遠,。
