神舟二十一号乘组在轨实验成果丰硕 人机协同研究取得新进展

在我国空间站长期稳定运行的背景下,神舟二十一号乘组近期工作重点呈现“科研与保障并重、训练与应用并行”的特点。

面对近中期在轨任务密集、实验窗口期紧凑以及长期驻留对人体与设备的双重考验,乘组按计划推进多项实验、训练与维护,为后续任务实施和数据积累打下基础。

问题:长期在轨任务需要在有限资源与时间窗口内,持续获得高质量科学数据,同时确保航天员身心状态和站内系统可靠运行。

微重力环境会改变人体运动控制、感觉认知和骨肌负荷模式,也会对流体、燃烧等物理过程产生显著影响;若缺乏连续监测与针对性干预,不仅会影响科研产出,也可能增加运行风险。

此外,空间站系统长期运行对维护保养提出更高要求,细小部件的磨损、污染和性能漂移都可能在累积中放大。

原因:一方面,长期飞行对人体适应机制的影响具有“缓慢积累、个体差异明显、恢复过程复杂”等特点,需要在轨持续采集多模态数据并开展对照研究,才能为训练、用药、运动处方和返回后康复提供科学依据。

另一方面,空间站作为复杂系统,生命保障、实验柜、机电机构等设备长期高负荷运行,对例行巡检、状态维护、耗材更换提出刚性需求。

与此同时,人机协同技术正从“辅助工具”向“协作伙伴”演进,在轨验证多模态交互、空间关系感知等关键技术,有助于提升任务执行效率并降低航天员操作负担。

影响:从任务实施看,乘组在核心舱开展交会对接在轨训练,通过元认知训练系统完成图像辨识与操作测试等内容,有助于保持关键操作能力与应急处置水平。

围绕人因与认知领域,开展微重力直觉物理行为实验,获取行为数据,用于分析长期空间飞行对直觉物理表征的影响及其恢复机制,为优化训练策略、改进任务设计提供依据。

随着机器人“小航”再次参与在轨实验,航天员通过人机协同交互实验软件共同开展人机空间关系、多模态交互等测试,意味着我国空间站在“人—机—站”一体化运行验证方面持续深化,相关成果将服务于更高频次、更复杂的在轨作业场景。

在航天员健康保障方面,乘组围绕运动骨肌受力研究,利用足底压力采集、贴片式超声等设备,采集不同负荷状态下跑步等运动过程中的足底压力、关节运动学数据、运动图像及肌肉参数,探索运动状态参数与足底压力的映射关系及肌肉—肌腱相互作用变化特征。

这些数据将为完善在轨运动处方、优化器械训练方式、提升损伤预防水平提供支撑。

乘组还穿着仿生黏附鞋完成下肢力刺激测试,探索肌肉功能保持能力与力刺激运动范式之间的关系,体现出从“被动适应”向“主动干预”的健康管理思路。

脑功能研究方面,乘组使用近红外脑功能成像设备开展空间脑网络时变特性实验,旨在揭示长期空间环境对脑功能网络的影响及大脑对外部环境变化的自发调整与适应机制,为复杂任务条件下的认知负荷管理、心理行为支持与任务编排优化提供科学线索。

对策:围绕“确保安全、保证进度、提升质量”的总体目标,乘组一手抓科研执行,一手抓站务保障。

在微重力物理科学领域,按实验安排完成流体物理柜样品更换、燃烧柜实验插件更换,以及无容器柜实验腔体样品清理、轴心机构电极维护、视窗盖镜片清洁等工作,体现出“实验—维护—再实验”的闭环管理思路,有利于保持设备工况稳定、降低实验噪声、提高数据一致性。

在站内设备检查维护方面,完成再生生保系统设备检查维护、舱内环境清洁维护等任务,并更换舱内脚限位器。

脚限位器在微重力环境下可帮助航天员稳定姿态、提高操作精度,是降低疲劳、提升作业效率的重要辅助设施。

通过对关键系统与易损部件的前置维护,可有效减少非计划处置对科研节奏的干扰,提升空间站运行的可预期性与韧性。

前景:神舟二十一号乘组即将在轨迎来春节,指令长张陆也将第二次在太空度过这一重要节日。

节日氛围的营造既是人文关怀,也是长期驻留任务中保持心理稳定、增强团队凝聚力的重要环节。

从更长周期看,随着人机协同验证、健康干预策略和实验柜运行维护体系不断成熟,我国空间站将进一步提升“常态化运行、规模化实验、体系化保障”的能力,为后续更复杂的在轨任务、跨学科科学实验以及更长时间驻留积累经验与技术储备。

再过不久,神舟二十一号乘组将迎来一个特殊的春节——张陆指令长将第二次在太空中跨越这一传统佳节。

在距离地表数百公里的空间站中,当春节的欢声笑语回荡在地球各地时,三名航天员将继续专注于他们的科研任务,用实际行动诠释什么是对事业的执着追求。

他们在太空中的每一项实验、每一次操作,都在为人类掌握宇宙奥秘、实现深空梦想而默默贡献。

这种精神,正是推动我国航天事业不断向前迈进的坚实动力。