天宮一號與神舟八號空間交會(huì )對接示意圖
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太空相會(huì )喜傳勝利捷報：中國神舟八號無(wú)人飛船與天宮一號日前成功實(shí)現空間交會(huì )對接，并以組合體方式成功實(shí)現在軌運行為舉世所矚目。這使得中國已成為繼俄羅斯、美國之后世界第3個(gè)完全獨立掌握空間交會(huì )對接技術(shù)的國家，從而掀開(kāi)了世界航天事業(yè)發(fā)展具有里程碑意義的嶄新一頁(yè)。為幫助廣大讀者深入了解當今國際空間交會(huì )對接技術(shù)發(fā)展的宏觀(guān)趨勢和新格局，本期特邀國際太空專(zhuān)家、中國空間技術(shù)研究院研究員、中國科學(xué)院中國發(fā)展戰略學(xué)研究會(huì )航天領(lǐng)域專(zhuān)家委員龐之浩，詳細解讀“太空之吻”如何展示航天大國綜合技術(shù)實(shí)力。
意義重大——
事關(guān)系列深空探索計劃實(shí)施
記者：通觀(guān)世界航天器太空相會(huì )的發(fā)展歷程，實(shí)現空間交會(huì )對接有何戰略意義？
龐之浩：可謂戰略意義十分重大。首先，擁有和掌握空間交會(huì )對接技術(shù)是建造和運行空間站的先決條件，也是面向未來(lái)實(shí)施系列深空探索航天計劃的關(guān)鍵一環(huán)。因為雖然空間站具有體積大、功能強和運行時(shí)間長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，是大規模開(kāi)發(fā)太空資源的理想載人平臺，但它無(wú)法進(jìn)行天地往返，需用宇宙飛船等天地往返運輸器與其交會(huì )對接，才能完成各項航天使命。所以，完成空間交會(huì )對接應該是航天大國技術(shù)實(shí)力的綜合展示。
群雄并舉——
新發(fā)展格局引世人矚目
記者：當今世界圍繞國際空間交會(huì )對接技術(shù)發(fā)展，呈現出了哪些宏觀(guān)趨勢和新的格局？
龐之浩：當前圍繞發(fā)展空間交會(huì )對接技術(shù)，已呈現出群雄并舉的宏觀(guān)趨勢和新格局。由于空間交會(huì )對接技術(shù)既重要又復雜，所以，美國與前蘇聯(lián)/俄羅斯所掌握的完整空間交會(huì )對接技術(shù)，都是在太空行走之后，通過(guò)完成大量的試驗才得以實(shí)現的。
尤其格外引人注目的是，目前歐洲和日本等轉移飛行器在“國際空間站”空間交會(huì )對接技術(shù)方面，分別得到了來(lái)自美國或俄羅斯的技術(shù)支持。歐洲自動(dòng)轉移飛行器的對接機構，由俄羅斯提供，日本H-2轉移飛行器的對接機構則由美國提供，其最后對接過(guò)程是由空間站的機械臂控制完成。同時(shí)，二者在飛行任務(wù)中，均離不開(kāi)美國和俄羅斯的數據中繼衛星系統支持。
太空牽手——
競爭與合作相伴而行
記者：目前，國際上航天大國實(shí)現空間交會(huì )對接如何開(kāi)展技術(shù)合作？主要運用了哪些新技術(shù)？
龐之浩：國際上航天大國在實(shí)施空間交會(huì )對接中，可謂始終是競爭與合作相伴而行。1995～1998年，美國航天飛機成功與俄羅斯和平號空間站進(jìn)行9次交會(huì )對接；1998年～2011年，美國航天飛機成功與“國際空間站”進(jìn)行了37次交會(huì )對接，沒(méi)有1次失敗，這充分顯示了他們對空間交會(huì )對接技術(shù)的掌握已十分先進(jìn)和成熟。美國航天飛機與空間站交會(huì )使用的測量設備主要包括GPS、微波雷達、激光雷達、光學(xué)攝像系統等。美國航天飛機與空間站對接時(shí)使用的機構“是改進(jìn)的”異體同構技術(shù)。這些新技術(shù)的運用，既促進(jìn)了合作，又強化了競爭性。
形式多樣——
俄羅斯對接次數最多
記者：以往國際上實(shí)現空間交會(huì )對接主要采用哪些技術(shù)形式？成功率如何？
龐之浩：蘇聯(lián)／俄羅斯一直是世界上進(jìn)行航天器空間交會(huì )對接最多的航天大國。其對接形式可謂多種多樣：有無(wú)人飛船與無(wú)人飛船的對接；有載人飛船、無(wú)人飛船與空間站的對接；還有空間站模塊艙間的交會(huì )對接與組裝等等，并積累了極為豐富的成功經(jīng)驗。其聯(lián)盟19號與美國阿波羅18號載人飛船首次實(shí)現了2個(gè)不同國家航天器間的交會(huì )對接，也首次使用了“異體同構周邊”式對接機構，從而大大促進(jìn)了對接機構發(fā)展，也為此后開(kāi)展大型國際航天合作奠定了重要的基礎。
至今，蘇／俄已發(fā)射上百艘宇宙飛船，其交會(huì )對接失敗的教訓也格外讓人觸目驚心。在所發(fā)生的10多次故障中，最嚴重一次是發(fā)生了“追尾”事故。1997年6月24日，進(jìn)步M-34飛船脫離和平號空間站對接口飛離了空間站一段距離，當25日該飛船飛回來(lái)再次逼近空間站時(shí)，由于制動(dòng)控制部件失靈，飛船沒(méi)有及時(shí)對航天員指令作出響應，所以在飛到和平號時(shí)，直接撞到和平號“晶體”艙上，是地面控制中心及時(shí)控制住了進(jìn)步M-34。2010年，俄羅斯2艘進(jìn)步M貨運飛船與“國際空間站”進(jìn)行自動(dòng)對接時(shí)也先后失敗，都擦肩而過(guò)，后來(lái)采取改進(jìn)措施才獲得成功。
這些交會(huì )對接事故中，相當部分是因系統故障造成的，例如自動(dòng)交會(huì )測量系統失靈、對接機構故障等。所以，目前俄羅斯在改進(jìn)交會(huì )對接技術(shù)的同時(shí)，也在不斷建立和完善地面試驗手段，突破和掌握了一系列關(guān)鍵技術(shù)。
全面適應——
美國對接成功率較高
記者：航天大國實(shí)施空間交會(huì )對接通常主要考慮哪些因素？如何適應多種客觀(guān)條件，實(shí)現關(guān)鍵技術(shù)突破？
龐之浩：美國的經(jīng)驗是，其航天器交會(huì )對接多采用手動(dòng)方式，主要全面考慮技術(shù)的把握性、安全可靠性和成本經(jīng)濟性等諸多因素。為此，航天員要在地面上進(jìn)行大量操作培訓和仿真試驗。
比如為了給阿波羅登月計劃做技術(shù)準備，美國研制和發(fā)射了“雙子星座”系列飛船，重在突破和掌握太空行走及空間交會(huì )對接等關(guān)鍵技術(shù)。
至今，美國只發(fā)生過(guò)2次交會(huì )對接故障，一次是雙子星座9號與“阿金納”對接時(shí)發(fā)生故障；另一次是阿波羅14號飛往月球過(guò)程中，在指令艙與登月艙對接時(shí)，由于對接機構采用國外引進(jìn)的材料，所以出現多次對接失敗，直到第6次試接后才獲得成功。正常情況下只需25分鐘的對接，卻花了近2小時(shí)。
目前，美國交會(huì )對接飛行程序和操作方案，能夠全面適應多種客觀(guān)條件和狀態(tài)改變的需要，例如發(fā)射時(shí)間推遲、追蹤器入軌狀態(tài)改變和設備故障等，因而其對接成功率目前較高。
未來(lái)發(fā)展——
仍需邁好“太空四步”
記者：未來(lái)在國際上實(shí)現空間交會(huì )對接主要有哪些用途？其前景如何？
龐之浩：國際大量實(shí)踐與研究表明，空間交會(huì )對接技術(shù)未來(lái)主要有4大用途：一是可實(shí)現天地往返運輸器(宇宙飛船、航天飛機)與長(cháng)期在軌運行航天器(空間站)的�？亢瓦B接，目前世界上所有空間站都采用了這種方式來(lái)維持長(cháng)期運行。二是可使2個(gè)空間站在太空相互支持。2011年8月16日,俄羅斯軌道技術(shù)公司宣布，將打造一個(gè)能容納7人的太空旅館,其用途之一就是充當“國際空間站”航天員緊急避難所。三是可在軌組裝大型航天器結構，即把要建造的航天器分成若干部分陸續發(fā)射到某一高度軌道上，然后通過(guò)交會(huì )對接技術(shù)組裝成大型航天器系統，和平號空間站與“國際空間站”都是如此建造而成。四是航天器重構不斷實(shí)現系統優(yōu)化，以備未來(lái)完成其他深空探索等航天任務(wù)。
記者：面向未來(lái)國際上航天器空間交會(huì )對接將呈現哪些新發(fā)展新趨勢？
龐之浩：縱觀(guān)國際航天器空間交會(huì )對接發(fā)展簡(jiǎn)史，盡管根據具體要求、各種飛行程序會(huì )有所不同，但基本操作方式仍需邁好“太空四步”：大致是“地面導引、自動(dòng)尋的、分步逼近、對接合攏”4個(gè)階段。其中前3個(gè)階段為交會(huì )，第4個(gè)階段為對接，并連成整體運行。
未來(lái)國際發(fā)展趨勢，仍將是人工控制與自動(dòng)控制相結合，以提高交會(huì )對接的靈活性、可靠性和成功率，而其中充分的地面仿真試驗將是成功的關(guān)鍵。(本報記者 別拓侖 周 猛 圖片合成：曾堯、顧瀚文)
