“天宮一號”蓄勢待發 肩負交會對接重任

近日，國內外媒體紛紛猜測，中國首個目標飛行器“天宮一號”可能在近期發射升空，備受矚目的“天宮一號”再次步入公眾視野。

“天宮一號”目標飛行器的發射目的是什麼？與以往的航天發射有哪些不同？如何確保接下來的交會對接過程萬無一失？如果對接成功又意味着什麼？

——— 發射目的 ———

與“神八”實現無人對接

“天宮一號”學名目標飛行器，並非真正意義上的空間站，而是一個重8噸多的空間實驗室雛形。在其兩年的設計壽命期內，我國將相繼發射神舟八號、神舟九號、神舟十號飛船，分別與“天宮一號”完成空間交會對接，突破和掌握空間交會對接技術，為建造空間實驗室積累工程經驗，為建造空間站奠定基礎。

“天宮一號”目標飛行器升空入軌後，將作為交會對接試驗中的被動目標，預計今年第四季度發射的“神八”飛船將作為追蹤飛行器，主動接近“天宮一號”並與之對接。

酒泉衞星發射中心原副主任、中國載人航天工程原副總指揮張建啓表示，“神八”肯定是無人對接，有人對接是“神九”還是“神十”，主要看“神八”交會對接是否順利。

張建啓介紹，中國載人航天工程的“三步走”當中，第一步是航天員上天；第二步是多人多天飛行、航天員出艙，實現飛船與空間艙的交會對接，併發射短期有人照料的空間實驗室；三是建立永久性空間站。“天宮一號”的使命，就是完成第二步的後續任務。

——— 技術難 ———

空間交會對接是舉世公認的航天技術瓶頸

茫茫太空中，要讓兩個移動中的航天器對接在一起絕非易事。空間交會對接是舉世公認的航天技術瓶頸，它涉及軌道設計、硬件交會對接設計、控制技術、從遠距離到近距離的多次變軌，以及兩個飛行器的通信體制和供電體制等諸多難點。在太空當中實現兩個航天器的對接，就像在太空中放了一根針，我們要在相距幾百千米的地面控制一根線去穿過那個針眼。

我國航天專家龐之浩在接受科技日報記者採訪時表示，交會雙方的航天器在三維空間飛行且必須沿着各自的軌道飛行，因此要想對接成功，必須精確地測量和計算出雙方的軌道和運行速度，不斷調整軌道，逐漸使它們飛到同一軌道上去，然後通過精確的姿態控制來調整航天器的朝向，使對接面處於相對位置，最終實現交會對接。

據《朝鮮日報》報道，宇宙空間站距離地球表面約300公里，以每秒8公里的速度繞地球運行，其速度為槍彈的10倍。宇宙飛船要與國際空間站保持相同的高度及速度飛行，當兩者相對靜止狀態時將飛船連接口與空間站對接，且連接裝置的口徑僅為10至30釐米。在對接過程中，如果計算不準，就可能發生對接事故。上世紀70年代到80年代，蘇聯飛船“聯盟-10”、“聯盟-15”、“聯盟-23”以及“聯盟-25”，均在與“禮炮號”軌道站對接時發生過失誤。《朝鮮日報》稱，迄今為止，成功對接宇宙飛船的只有美國、俄羅斯、歐盟和日本。

我國在電源系統、遠距離控制等方面提升交會對接水平

“對接，電源系統是關鍵，電源系統要提供能源，沒有電能，所有的太空飛行器就是一堆太空垃圾。”上海航天技術研究院科研四部部長、高級工程師葉勳在接受媒體採訪時説：“我們搞‘天宮一號’‘神八’電源系統的有四五十人，採用了不少新技術、新材料。”

據中國載人航天工程網介紹，蘇聯為增加有效載荷的重量，飛船隻依靠蓄電池來提供上升和返回必需的電能，僅可獨立飛行2.5天，一旦發生意外，就無法挽救。為此，後來的“聯盟T”型飛船恢復安裝太陽能電池陣，增加飛船自主運行時間來應付意外的發生。同時飛船與空間站對接後，飛船的太陽能電池陣還可以向空間站供電。

神舟五號載人飛船總設計師戚發軔院士表示，“神舟”系列飛船從“神八”開始有了許多技術改進，交會對接功能是其最主要的特色。據戚發軔介紹，兩個航天器要在軌道上交會，需要非常精準。除地面的遠距離控制外，改進後的飛船增加了很多近距離測量設備，應用了激光雷達、微波雷達、光學敏感器等新技術，飛船也從之前只能上下移動變為能橫向移動。

龐之浩説，空間交會對接技術是實現空間站正常運行的先決條件，也是航天大國技術實力的綜合展示。

增強系統處理故障能力為交會對接奠定基礎

據中國載人航天工程網介紹，航天器的空間交會對接過程涉及載人航天的各大系統，特別是飛船，系統具有一定的處理故障冗餘能力是提高交會對接可靠性的基礎。

此前，蘇聯聯盟號飛船的姿控發動機和主發動機使用不同的推進劑，當姿控發動機推進劑不足時，無法利用主發動機的剩餘推進劑。在交會對接系統發生故障時，由於姿控發動機推進劑的限制，地面控制中心沒有時間研究故障排除的措施，航天員也無法手動控制交會對接，飛船隻能返回。後來，“聯盟T”型飛船的主發動機和姿控發動機使用了相同的推進劑，從而提高了系統的可靠性。

另外，如果航天員缺乏訓練，就不能應付交會對接時出現的突發情況，致使交會對接失敗。目前，我國為應對今後載人飛船與“天宮一號”的交會對接，正在積極訓練航天員，提高這方面的素質和技能。

——— 應用廣 ———

交會對接服務太空“公共汽車”

交會對接技術廣泛應用於太空活動中，“空間站體積大、運行時間長，是開發太空的優良平台。但它無法天地往返，需用宇宙飛船等天地往返運輸器與其交會對接，進行人和貨物的接送。”龐之浩説，“世界上的所有空間站都採用這項技術，進行人員運輸和物資補給服務。”

不僅如此，交會對接技術還可以能讓兩個航天器在太空相互支持。龐之浩告訴記者，當兩個在軌飛行的航天器上的航天員想相互拜訪、轉運物資或為遇到困難一方提供緊急援助時，可通過這2個航天器或分離出來的航天器的交會對接來實現。據介紹，蘇聯“聯盟-15”飛船曾在禮炮7號空間站與和平號空間站間來回飛行並對接，成為世界第1輛太空“公共汽車”。

多次發射降低火箭運載能力需求

目前，國際上常採用空間交會對接的方式建造空間站。據龐之浩介紹，目前運載火箭能力有限，不可能把上百噸的航天器一次都運到地球軌道上，所以通常做法是把要建造的航天器分成若干部分陸續發射到某一高度的軌道上，通過交會對接聯結成一個整體。

“國際空間站”就是由13個艙、7段桁架結構、4對巨型太陽能電池陣、1個移動服務系統等逐次對接而成。同樣地，在“阿波羅”載人登月飛船飛往月球的過程中，飛船指令艙和登月艙在地球軌道和月球軌道分別進行了一次交會對接。

對此，龐之浩説，人類未來要建立月球基地以及載人登陸小行星和火星，都需要巨大的運載能力。但如果用多次發射的方式，分別將乘員艙和登陸艙發射到近地軌道再進行交會對接，隨後飛往目標星球，這樣既能降低對火箭運載能力的需求，又安全可靠、經濟實用。特別是對於諸如火星及更遠的載人任務而言，這可能是基於目前技術水平可實現的唯一途徑。

此外，龐之浩表示，交會對接技術還應用於無人航天器之間，比如對在軌衞星進行加註和維修、捕捉敵方衞星等。

■ 延伸閲讀

“交會對接”：建立空間站的基礎技術

空間交會對接簡稱“交會對接”，主要目的是將航天員從太空飛船送入空間實驗室或空間站，與載人航天器發射和航天員安全返回技術、空間出艙活動技術並列為載人航天的三大基本技術，也是建立空間站的重要基礎。

根據航天員介入的程度和智能控制水平，交會對接可分手控、遙控和自主3種方式。具體過程是：首先發射目標飛行器到預定軌道，並進行相關檢測和調試；然後發射追蹤飛行器，由地面控制，使它以比目標飛行器稍微低一點的圓軌道運行；通過變軌，使其追蹤飛行器進入與目標飛行器高度基本一致的軌道，並通過高精度交會測量系統與目標飛行器建立通信關係；隨後追蹤飛行器調整自己與目標飛行器的相對距離和姿態，向目標飛行器靠近；最終，當兩個航天器的距離為零時，利用精密的對接機構完成對接合攏操作，結束對接過程。

“長二F”再上陣 多項改進滿足發射要求

將執行“天宮一號”發射任務的長征二號F運載火箭，是我國目前可靠性、安全性最高的運載火箭，“神一”到“神七”飛船均由其成功送入太空。為滿足此次交會對接任務要求， 相關專家對其共進行了

近170項技術狀態更改，其中5項新技術首次使用。

中國載人航天工程網的資料顯示，長征二號F運載火箭是在“長二捆”火箭的基礎上，按照發射載人飛船的要求，以提高可靠性確保安全性為目標研製的運載火箭。火箭包括箭體結構、控制系統等10個分系統，為兼顧衞星的發射，保留了有效載荷調姿定向系統的接口和安裝位置。其中，故障檢測處理系統和逃逸系統是為確保航天員的安全而增加的，其作用是在飛船入軌前，監測運載火箭狀態，若發生重大故障，能保障載有航天員的飛船安全脱離危險區。此次用長征二號F運載火箭發射“天宮一號”時，由於不載人，有可能不用逃逸塔，這樣能減輕發射重量。

貨運飛船：空間站的“太空郵差”

如果今後兩年內“天宮一號”與三艘飛船對接成功，意味着我國載人航天工程完成第三步指日可待。而建立永久性空間站，維持空間站在軌長期運行、航天員正常生活和開展工作，就需要大量設備、物品，屆時貨運飛船也有大顯身手的機會。

由於載人飛船的主要用途是運送航天員，大量空間和重量用於生命保障系統，用於載貨效率不高，如“神舟”載人飛船一次最多隻能帶300公斤的物資。開發專門用於空間站貨物的貨運飛船，則可顯著提高效率並降低成本。

目前，俄羅斯、日本和歐盟都開發了自己的貨運飛船，我國也在研製能運送6噸物資的貨運飛船，可將航天員的生活用品、實驗設備，維持空間站工作的維修和更換設備、推進劑等送上空間站，同時重量也將達到比神舟飛船更大的13噸。為此，我國還在研製具備貨運飛船發射能力的長征七號火箭，作為“長征二號F”的接班人。

責任編輯：張曉芳