11月30日，神舟十五號航天員順利入駐中國空間站，與神舟十四號航天員“會(huì )師”太空。6名航天員同時(shí)在軌，創(chuàng )造了中國空間站訪(fǎng)客新紀錄，同時(shí)也對空間站的環(huán)境控制與生命保障系統提出了更高的要求。本周，《面對面》專(zhuān)訪(fǎng)中國航天員中心環(huán)控生保室主任卞強。

　　航天員的“保護傘”

　　距離中國空間站約400公里的中國航天員中心，與空間站組合體1:1大小的地面伴飛艙里，環(huán)控生保團隊開(kāi)始了一天的工作。模擬6名航天員的在軌活動(dòng)，團隊需要對艙內的氧氣、二氧化碳等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。

　　記者：為什么伴飛艙你們也要密切關(guān)注它們的數據變化？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：因為天上的這套系統運行時(shí)間長(cháng)了之后，我們不知道它會(huì )發(fā)生什么樣的問(wèn)題，在地面這套模擬系統的時(shí)候，我們會(huì )比天上提前一到兩天，程序要提前一到兩天。

　　記者：什么叫提前一到兩天？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：如果說(shuō)明天要干的事情，我今天就給它干了。比如說(shuō)像乘員輪換6個(gè)人的系統，馬上要進(jìn)6個(gè)人了，我會(huì )在提前一到兩天的時(shí)候，把地面的代謝模擬系統調成6個(gè)人的狀態(tài)，我要看看我這個(gè)環(huán)境控制能力，在什么時(shí)間會(huì )達到最高點(diǎn)，在什么時(shí)間平衡濃度會(huì )有可能超限，會(huì )啟動(dòng)非再生功能。

　　神舟十五號飛行任務(wù)是中國空間站建造階段的最后一棒，也是空間站應用與發(fā)展階段的第一棒。6名航天員同時(shí)在軌5天，驗證空間站系統航天員在軌輪換保障能力。

　　記者：能保障他們幾天，最大值？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：十天。

　　記者：這十天再往上還有可能嗎？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：有可能。工程上給我們提的要求最大是十天，其實(shí)從目前這個(gè)系統狀態(tài)來(lái)看，長(cháng)期六個(gè)人也是有可能的。

　　記者：你說(shuō)的長(cháng)期是多久？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：十五年。我們不光在核心艙有，在問(wèn)天艙還有一套再生生保系統，這兩套系統是備份關(guān)系，核心艙壞了用問(wèn)天艙的，如果兩套全壞，我還有一套非再生系統去保底。有這三套系統在天上，我們可以短時(shí)保證六個(gè)人十天，如果工程上有需要，六個(gè)人長(cháng)期在軌，我們也可以通過(guò)工作模式去設計。

　　國際空間站20年的運行經(jīng)驗表明，環(huán)控生保系統在軌故障率高，平均每年22起。卞強和他的團隊也面臨著(zhù)同樣的風(fēng)險和挑戰。要攻克難關(guān)，更要杜絕隱患。為了保證安全，團隊工作人員不僅要在各階段全方位排查故障，還要經(jīng)過(guò)高強度、多批次試驗，讓隱患暴露出來(lái)，讓產(chǎn)品不帶任何隱患上天。

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：某一次任務(wù)發(fā)射之前，有一個(gè)產(chǎn)品到我們手里面，我們一個(gè)設計師發(fā)現在運行過(guò)程中就是有一個(gè)微小的噪聲。其實(shí)所有的指標都是正常的，它的噪聲水平也是正常的，但是從聽(tīng)覺(jué)上我們感覺(jué)，這里面有一個(gè)不和諧的聲音。我們就果斷地把這個(gè)產(chǎn)品叫停了，最后拆解發(fā)現果真是在軸承上有一個(gè)細微的裂紋。

　　記者：如果沒(méi)發(fā)現會(huì )怎樣？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：沒(méi)發(fā)現帶上天，帶上天之后系統運行就會(huì )有安全性問(wèn)題。本來(lái)我規劃運行兩年或者是三年，我沒(méi)有帶相應的備件的話(huà)在一年半它壞了，它的故障就有可能導致某一個(gè)系統的失效，可能這個(gè)任務(wù)就得提前結束，為了保證航天員安全，咱們可能就會(huì )提前返回。

　　在攻克15項關(guān)鍵技術(shù)和11個(gè)技術(shù)難點(diǎn)后，2020年3月底，再生式環(huán)控生保系統終于完成正樣飛天產(chǎn)品交付，實(shí)現了由“補給式”向“再生式”的重大跨越。

　　打造再生式環(huán)控生保系統

　　在以往的短期載人飛行任務(wù)中，航天員在太空生存所需的氧氣和水都從地面攜帶，即消耗式的非再生技術(shù)，但如果在軌時(shí)長(cháng)超過(guò)3個(gè)月，僅靠地面補給代價(jià)過(guò)于沉重。空間站任務(wù)啟動(dòng)時(shí)，再生式環(huán)控生保被列為空間站重大關(guān)鍵技術(shù)之一，即運用物理化學(xué)的方法，對航天員產(chǎn)生的二氧化碳、水汽和尿等廢棄物進(jìn)行回收利用，實(shí)現空間站大氣、水等物資的循環(huán)再生。

　　記者：再生生保就是把呼出的二氧化碳再變成氧氣，把廢水變成可以利用的純凈水，這個(gè)理論上你們認識到把它實(shí)現，難不難？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：最底層的機理大家都知道，但是真真正正地要去實(shí)現，把這個(gè)化學(xué)方程式在天上去實(shí)現，它必須走完從理論到技術(shù)，從技術(shù)到工程的過(guò)程，其實(shí)就是把一個(gè)小型的化工廠(chǎng)搬到了天上。

　　記者：核心艙應當說(shuō)是寸土寸金，那一定是給你們有限的空間？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：整個(gè)工程研制之初，它已經(jīng)把地方給你分配好了，這個(gè)大概是1.5個(gè)立方，就這么大。

　　記者：就這么點(diǎn)地，要帶一個(gè)化工廠(chǎng)上去，怎么弄？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：通過(guò)高效的地面集成，系統集成技術(shù)。我們自己做了一套系統，就是翻轉式維修的一套系統，這套系統不僅正面可以裝設備，反面也可以裝設備。

　　記者：如果想再升級怎么辦呢？總不能說(shuō)是在家拆了裝修重來(lái)？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：其實(shí)系統在設計之初的時(shí)候，我們就預留了一些可供升級的接口，包括安裝位置、供電接口、信息傳送接口，后續如果系統還有一些局部上升級的話(huà)，我們會(huì )通過(guò)備件更換的方式實(shí)現系統升級。

　　設計初期，再生式環(huán)控生保系統包括五個(gè)子系統：電解制氧子系統、二氧化碳去除子系統、微量有害氣體去除子系統、尿處理子系統和水處理子系統。雖然原理簡(jiǎn)單，但如何從技術(shù)到工程突破是一項世界性難題。其中，尿處理系統是讓卞強費神多的。

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：尿液當中雜質(zhì)很多，要想提取水，就必須對它進(jìn)行預處理。預處理后的尿液是一種強酸強氧化性的東西，和它接觸的東西都必須耐酸，還要旋轉耐磨，這個(gè)難度比較大，尿處理系統里面用了一個(gè)軸承，就這一個(gè)軸承我們整整干了五六年。

　　記者：如果說(shuō)這個(gè)問(wèn)題不解決，那它帶來(lái)的影響又是什么？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：這個(gè)產(chǎn)品壽命就會(huì )非常短，有的甚至于幾百個(gè)小時(shí)它就壞了，如果說(shuō)十幾天、二十天、幾十天就換一個(gè)東西的話(huà)，你回收回來(lái)水的代價(jià)還不如你更換這個(gè)產(chǎn)品的代價(jià)，那就得不償失了。

　　太空中的這套裝置沒(méi)有現成產(chǎn)品，國際上也沒(méi)有經(jīng)驗可以借鑒，團隊必須根據自身產(chǎn)品特點(diǎn)自主研發(fā)。由于經(jīng)不起技術(shù)上的反復，他們采取了多方案并行的方式，從中選擇成功率較大的方案繼續推進(jìn)，直到產(chǎn)品滿(mǎn)足使用壽命要求。

　　空間站尿箱的設計容量為22升，尿液在衛生區經(jīng)過(guò)預處理后，由航天員搬運轉移至尿處理系統。

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任卞強：我們有一套系統，尿收滿(mǎn)了之后會(huì )自動(dòng)提醒航天員這地方尿箱滿(mǎn)了，可以處理了。

　　記者：22升尿液收集起來(lái)了在尿箱里面，它能產(chǎn)生多少飲用水？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：這個(gè)效率應該是在83%左右。18公斤，22升的尿液進(jìn)入這個(gè)水箱之后，它要進(jìn)水處理系統，水處理系統之后，最終的成品水都是裝在這個(gè)里面，尿的再生水和汗液的再生水是混著(zhù)的。大概是一箱尿再生水和一箱汗再生水，混成一個(gè)軟水箱，搬到飲水機那塊供航天員日常生活使用，不光是喝。

　　記者：22升要處理完了，要處理成可食用的純凈水要花多久？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：尿處理系統對這個(gè)22升的尿液進(jìn)行處理的話(huà)，大概需要12個(gè)小時(shí)左右，這只是中水，再用不到12個(gè)小時(shí)的時(shí)間，就會(huì )把它處理成純凈水。

　　讓太空家園更宜居

　　除了保障系統的功能性，環(huán)控生保團隊也會(huì )充分考慮航天員在軌生活的便利和舒適性。

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：我們盡量去讓航天員有一種家的感覺(jué)，設計的時(shí)候我們會(huì )盡量去參考我們家里面衛生間使用的方式。

　　記者：我們在地球上是有重力的，你排出來(lái)是往下，但是在天上它會(huì )飛，你怎么把它給逮起來(lái)？

中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：我們做了一套引流系統，大風(fēng)量地去吸。

　　2021年6月17日，神舟十二號飛船發(fā)射升空，與2021年4月29日發(fā)射入軌的天和核心艙成功對接。航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波成為進(jìn)駐中國空間站的第一批太空訪(fǎng)客。3個(gè)月的“太空出差”，他們首次在軌驗證再生式環(huán)控生保系統的全部功能。

　　當航天員把地球的生活搬上了太空，環(huán)控生保團隊也把航天員的太空生活搬進(jìn)了空間站地面伴飛艙。同時(shí)，在航天員支持中心監控大廳，環(huán)控生保團隊也對神舟十二號飛行乘組及空間站組合體實(shí)施24小時(shí)不間斷跟蹤測控，并根據下行參數對系統作故障判斷和健康管理。

　　記者：你們作為生保系統的科研人員的話(huà)，最關(guān)注天上的哪一塊？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：其實(shí)我們更關(guān)注的是大小便處理這一塊。

　　記者：為什么？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：因為只要這個(gè)系統出現故障，留給我們的處理時(shí)間非常短。舉一個(gè)例子，如果電解制氧處理系統故障，整個(gè)空間站里面有一定的氧氣，它可以供航天員維持一段時(shí)間，這個(gè)時(shí)間可能會(huì )達到一天兩天或者兩天三天都有可能。但是大小便系統出現故障之后，留給我們的處理時(shí)間非常短。

　　記者：為什么這么說(shuō)？

　　中國航天員中心環(huán)控生保室主任 卞強：人有三急。

　　記者：有堵的時(shí)候沒(méi)有？

　　航天員 湯洪波：沒(méi)有完全堵上，但是就是那個(gè)管路內的壓力會(huì )特別大，那個(gè)液體它就不容易在整個(gè)系統里面循環(huán)起來(lái)，大概20升左右的尿液要處理十七八個(gè)小時(shí)，二十個(gè)小時(shí)左右，要處理很長(cháng)時(shí)間，地面監測就發(fā)現這個(gè)處理時(shí)間超時(shí)了。

　　中國空間站成為宜居的“太空家園”，這背后，是當年那支平均年齡不到35歲的科研團隊，他們用10年的時(shí)間將他們的產(chǎn)品送上天。

　　如今，6名航天員在軌輪換進(jìn)一步驗證了環(huán)控生保系統的保障能力，這群在航天員身后默默托舉他們飛天的人，用前后數十年的艱辛付出和24小時(shí)不間斷的日夜守護為他們一路保駕護航。然而，卞強和他的團隊目標不止于此。

　　在攻克再生式環(huán)控生保技術(shù)時(shí)，團隊也同步開(kāi)展受控生態(tài)環(huán)控生保技術(shù)的積累和研究，即生物再生式技術(shù)，通過(guò)植物光合作用和微生物分解作用，實(shí)現氧氣、水和食物的循環(huán)利用，并成功實(shí)施了“綠航星際”4人180天受控生態(tài)生保系統集成試驗，為未來(lái)人類(lèi)長(cháng)期太空飛行，駐留月球、飛向火星的預先研究打開(kāi)了新局面。(央視網(wǎng))