近日，國內外媒體紛紛猜測，中國首個(gè)目標飛行器“天宮一號”可能在近期發(fā)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(fā)射目的是什么？與以往的航天發(fā)射有哪些不同？如何確保接下來(lái)的交會(huì )對接過(guò)程萬(wàn)無(wú)一失？如果對接成功又意味著(zhù)什么？
——— 發(fā)射目的 ———
與“神八”實(shí)現無(wú)人對接
“天宮一號”學(xué)名目標飛行器，并非真正意義上的空間站，而是一個(gè)重8噸多的空間實(shí)驗室雛形。在其兩年的設計壽命期內，我國將相繼發(fā)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(huì )對接，突破和掌握空間交會(huì )對接技術(shù)，為建造空間實(shí)驗室積累工程經(jīng)驗，為建造空間站奠定基礎。
“天宮一號”目標飛行器升空入軌后，將作為交會(huì )對接試驗中的被動(dòng)目標，預計今年第四季度發(fā)射的“神八”飛船將作為追蹤飛行器，主動(dòng)接近“天宮一號”并與之對接。
酒泉衛星發(fā)射中心原副主任、中國載人航天工程原副總指揮張建啟表示，“神八”肯定是無(wú)人對接，有人對接是“神九”還是“神十”，主要看“神八”交會(huì )對接是否順利。
張建啟介紹，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(shí)現飛船與空間艙的交會(huì )對接，并發(fā)射短期有人照料的空間實(shí)驗室；三是建立永久性空間站�！疤鞂m一號”的使命，就是完成第二步的后續任務(wù)。
——— 技術(shù)難 ———
空間交會(huì )對接是舉世公認的航天技術(shù)瓶頸
茫茫太空中，要讓兩個(gè)移動(dòng)中的航天器對接在一起絕非易事�？臻g交會(huì )對接是舉世公認的航天技術(shù)瓶頸，它涉及軌道設計、硬件交會(huì )對接設計、控制技術(shù)、從遠距離到近距離的多次變軌，以及兩個(gè)飛行器的通信體制和供電體制等諸多難點(diǎn)。在太空當中實(shí)現兩個(gè)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(xiàn)去穿過(guò)那個(gè)針眼。
我國航天專(zhuān)家龐之浩在接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)表示，交會(huì )雙方的航天器在三維空間飛行且必須沿著(zhù)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，然后通過(guò)精確的姿態(tài)控制來(lái)調整航天器的朝向，使對接面處于相對位置，最終實(shí)現交會(huì )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(tài)時(shí)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厘米。在對接過(guò)程中，如果計算不準，就可能發(fā)生對接事故。上世紀70年代到80年代，蘇聯(lián)飛船“聯(lián)盟-10”、“聯(lián)盟-15”、“聯(lián)盟-23”以及“聯(lián)盟-25”，均在與“禮炮號”軌道站對接時(shí)發(fā)生過(guò)失誤�！冻r日報》稱(chēng)，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(huì )對接水平
“對接，電源系統是關(guān)鍵，電源系統要提供能源，沒(méi)有電能，所有的太空飛行器就是一堆太空垃圾�！鄙虾：教旒夹g(shù)研究院科研四部部長(cháng)、高級工程師葉勛在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)：“我們搞‘天宮一號’‘神八’電源系統的有四五十人，采用了不少新技術(shù)、新材料�！�
據中國載人航天工程網(wǎng)介紹，蘇聯(lián)為增加有效載荷的重量，飛船只依靠蓄電池來(lái)提供上升和返回必需的電能，僅可獨立飛行2.5天，一旦發(fā)生意外，就無(wú)法挽救。為此，后來(lái)的“聯(lián)盟T”型飛船恢復安裝太陽(yáng)能電池陣，增加飛船自主運行時(shí)間來(lái)應付意外的發(fā)生。同時(shí)飛船與空間站對接后，飛船的太陽(yáng)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(fā)軔院士表示，“神舟”系列飛船從“神八”開(kāi)始有了許多技術(shù)改進(jìn)，交會(huì )對接功能是其最主要的特色。據戚發(fā)軔介紹，兩個(gè)航天器要在軌道上交會(huì )，需要非常精準。除地面的遠距離控制外，改進(jìn)后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(xué)敏感器等新技術(shù)，飛船也從之前只能上下移動(dòng)變?yōu)槟軝M向移動(dòng)。
龐之浩說(shuō)，空間交會(huì )對接技術(shù)是實(shí)現空間站正常運行的先決條件，也是航天大國技術(shù)實(shí)力的綜合展示。
增強系統處理故障能力為交會(huì )對接奠定基礎
據中國載人航天工程網(wǎng)介紹，航天器的空間交會(huì )對接過(guò)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余能力是提高交會(huì )對接可靠性的基礎。
此前，蘇聯(lián)聯(lián)盟號飛船的姿控發(fā)動(dòng)機和主發(fā)動(dòng)機使用不同的推進(jìn)劑，當姿控發(fā)動(dòng)機推進(jìn)劑不足時(shí)，無(wú)法利用主發(fā)動(dòng)機的剩余推進(jìn)劑。在交會(huì )對接系統發(fā)生故障時(shí)，由于姿控發(fā)動(dòng)機推進(jìn)劑的限制，地面控制中心沒(méi)有時(shí)間研究故障排除的措施，航天員也無(wú)法手動(dòng)控制交會(huì )對接，飛船只能返回。后來(lái)，“聯(lián)盟T”型飛船的主發(fā)動(dòng)機和姿控發(fā)動(dòng)機使用了相同的推進(jìn)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(huì )對接時(shí)出現的突發(fā)情況，致使交會(huì )對接失敗。目前，我國為應對今后載人飛船與“天宮一號”的交會(huì )對接，正在積極訓練航天員，提高這方面的素質(zhì)和技能。
——— 應用廣 ———
交會(huì )對接服務(wù)太空“公共汽車(chē)”
交會(huì )對接技術(shù)廣泛應用于太空活動(dòng)中，“空間站體積大、運行時(shí)間長(cháng)，是開(kāi)發(fā)太空的優(yōu)良平臺。但它無(wú)法天地往返，需用宇宙飛船等天地往返運輸器與其交會(huì )對接，進(jìn)行人和貨物的接送�！饼嬛普f(shuō)，“世界上的所有空間站都采用這項技術(shù)，進(jìn)行人員運輸和物資補給服務(wù)�！�
不僅如此，交會(huì )對接技術(shù)還可以能讓兩個(gè)航天器在太空相互支持。龐之浩告訴記者，當兩個(gè)在軌飛行的航天器上的航天員想相互拜訪(fǎng)、轉運物資或為遇到困難一方提供緊急援助時(shí)，可通過(guò)這2個(gè)航天器或分離出來(lái)的航天器的交會(huì )對接來(lái)實(shí)現。據介紹，蘇聯(lián)“聯(lián)盟-15”飛船曾在禮炮7號空間站與和平號空間站間來(lái)回飛行并對接，成為世界第1輛太空“公共汽車(chē)”。
多次發(fā)射降低火箭運載能力需求
目前，國際上常采用空間交會(huì )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?lài)嵉暮教炱饕淮味歼\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(fā)射到某一高度的軌道上，通過(guò)交會(huì )對接聯(lián)結成一個(gè)整體。
“國際空間站”就是由13個(gè)艙、7段桁架結構、4對巨型太陽(yáng)能電池陣、1個(gè)移動(dòng)服務(wù)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(guò)程中，飛船指令艙和登月艙在地球軌道和月球軌道分別進(jìn)行了一次交會(huì )對接。
對此，龐之浩說(shuō)，人類(lèi)未來(lái)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(fā)射的方式，分別將乘員艙和登陸艙發(fā)射到近地軌道再進(jìn)行交會(huì )對接，隨后飛往目標星球，這樣既能降低對火箭運載能力的需求，又安全可靠、經(jīng)濟實(shí)用。特別是對于諸如火星及更遠的載人任務(wù)而言，這可能是基于目前技術(shù)水平可實(shí)現的唯一途徑。
此外，龐之浩表示，交會(huì )對接技術(shù)還應用于無(wú)人航天器之間，比如對在軌衛星進(jìn)行加注和維修、捕捉敵方衛星等。
