甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，這個創(chuàng)造了包括我國第一枚導(dǎo)彈、第一顆人造地球衛(wèi)星、第一艘載人飛船的神秘地方，最近又一次成為海內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。相關(guān)機(jī)構(gòu)透露，中國首個太空實(shí)驗(yàn)室——“天宮一號”即將在這里發(fā)射升空。

　　記者從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心權(quán)威人士處獲悉，原定8月底發(fā)射的“天宮一號”由于受到“實(shí)踐十一號04星”未進(jìn)入預(yù)定軌道的事故影響，可能推遲到9月上旬發(fā)射。

　　“天宮”是古代中國人對未知太空的通俗叫法。而以“天宮一號”為目標(biāo)飛行器命名，就是希望引起國人的共鳴。據(jù)悉，“天宮一號” 已經(jīng)于6月下旬從北京乘專列運(yùn)往酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心。用于發(fā)射的長征二號F運(yùn)載火箭，于7月23日上午運(yùn)抵酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心。目前，執(zhí)行“天宮一號”飛行任務(wù)的各大系統(tǒng)參試人員和飛行產(chǎn)品已集結(jié)發(fā)射場，“天宮一號”整裝待發(fā)。

　　按照中國載人航天工程分為“三步走”計(jì)劃：一是航天員上天;二是多人多天飛行、航天員出艙，實(shí)現(xiàn)飛船與空間艙的交會對接，并發(fā)射短期有人照料的空間實(shí)驗(yàn)室;三是建立永久性空間站。此次“天宮一號”的發(fā)射就是在完成第二步的后續(xù)任務(wù)，并為完成第三步戰(zhàn)略目標(biāo)打下基礎(chǔ)。

　　中國載人航天工程相關(guān)專家透露，“天宮一號”是未來中國首個空間實(shí)驗(yàn)室雛形。之后，我國將在今明兩年相繼發(fā)射“神八”、“神九”、“神十”與之對接。其中，“神八”進(jìn)行無人對接實(shí)驗(yàn)，如果無人對接順利，“神九”將進(jìn)行有人對接實(shí)驗(yàn)，這樣中國載人航天工程的第二步戰(zhàn)略目標(biāo)才能全部達(dá)到。

　　“天宮一號”并非真正的空間站

　　對于公眾來說，首次聽到“天宮一號”的名字是在2009年春晚上，“天宮一號”作為神秘禮物亮相。其實(shí)，早在幾年前，科研人員就開始了“天宮一號”的研制工作。

　　“‘天宮一號’只是我國空間站建設(shè)的第一步，今后我們會慢慢建設(shè)大型的空間實(shí)驗(yàn)站，等到2020年預(yù)計(jì)我國的空間站就可以逐步完成了。”參與“天宮一號”項(xiàng)目評審的中國工程院院士張履謙告訴記者。

　　中國載人航天工程副總指揮、總裝備部副部長張建啟在接受媒體采訪時透露，“天宮一號”重約8.5噸，搭乘的載荷比神舟系列飛船大大提高。

　　在7月份舉行的第十四屆中國北京國際科技產(chǎn)業(yè)博覽會的國家重大科技成就展區(qū)，“天宮一號”目標(biāo)飛行器模型最后一次面向普通公眾展出，供公眾在現(xiàn)場近距離觀看。

　　記者在現(xiàn)場看到，“天宮一號”主體為短粗的圓柱形。“‘天宮一號’采用兩艙構(gòu)型，分別為實(shí)驗(yàn)艙和資源艙。實(shí)驗(yàn)艙由密封的前錐段、柱段和后錐段組成，前端安裝一個對接機(jī)構(gòu)，以及交會對接測量和通信設(shè)備，用于支持與飛船實(shí)現(xiàn)交會對接。資源艙為軌道機(jī)動提供動力，為飛行提供能源。”工作人員告訴記者。“天宮一號”前后各有一個對接口。這兩個對接口就是留給“神舟八號”和“神舟九號”飛船進(jìn)行對接使用。

　　有航天專家解釋，“‘天宮一號’的設(shè)計(jì)壽命只有兩年，目的是進(jìn)行無人和有人的對接試驗(yàn)，為今后的空間站的建造積累經(jīng)驗(yàn)。”專家強(qiáng)調(diào)，“天宮一號”并非真正的空間站，而是用于試驗(yàn)我國未來空間站項(xiàng)目所需技術(shù)的首個太空試驗(yàn)平臺，為此后我國建設(shè)空間站做準(zhǔn)備。

　　試驗(yàn)性空間站和空間站的區(qū)別

　　專家透露，試驗(yàn)性空間站和空間站之間主要存在六大區(qū)別。首先，試驗(yàn)性空間站在軌壽命通常低于5年，而其他空間站可達(dá)5至10年，或者更長;其次，試驗(yàn)性空間站的規(guī)模較小，對接口也少，沒有擴(kuò)展能力。而其他空間站至少有兩個對接口，能同時對接載人運(yùn)輸器、貨物運(yùn)輸器或?qū)Ｓ脤?shí)驗(yàn)艙;三是試驗(yàn)性空間站上的航天員一次在軌時間較短，一般是幾十天，而其他空間站上的航天員一次在軌時間大多為百天以上。

　　此外，試驗(yàn)性空間站上的燃料和消耗品原則上要一次帶足，其他空間站則是用貨運(yùn)飛船定期進(jìn)行多次補(bǔ)給;試驗(yàn)性空間站上的有效載荷設(shè)備很少更換，但其他空間站可多次更換和增加實(shí)驗(yàn)儀器;試驗(yàn)性空間站上的航天員一般只進(jìn)行試驗(yàn)、訓(xùn)練等，而其他空間站上的航天員要經(jīng)常進(jìn)行維修工作。

　　空間對接是“天宮一號”主要任務(wù)

　　空間交會與對接是載人航天活動的三大基本技術(shù)之一。所謂三大基本技術(shù)就是載人航天器的成功發(fā)射和航天員安全返回技術(shù)、空間出艙活動技術(shù)和空間交會對接技術(shù)。只有掌握它們，人類才能自由出入太空，更有效地開發(fā)宇宙資源。

　　“隨著‘神舟五號’到‘神舟七號’飛船的發(fā)射成功，目前我國已經(jīng)掌握了載人航天器的成功發(fā)射和航天員安全返回技術(shù)，‘天宮一號’可以為今后建造空間站積累經(jīng)驗(yàn)。”相關(guān)專家說。

　　從國際角度看，至今發(fā)射的宇宙飛船大多作為空間站的往返交通工具和長期?？吭诳臻g站上的救生艇用。為了實(shí)現(xiàn)宇宙飛船的運(yùn)輸功能，就必須攻克宇宙飛船與空間站的空間交會技術(shù)與對接技術(shù)，其中，主要設(shè)備是交會測量系統(tǒng)和對接機(jī)構(gòu)。

　　目前美國和俄羅斯已完全掌握了在地面支持下的載人交會與對接技術(shù)。尤其是俄羅斯在掌握了空間交會與對接技術(shù)以后，先后利用飛船的運(yùn)輸能力發(fā)展了幾代載人空間站，在空間交會與對接等方面一直占據(jù)著技術(shù)優(yōu)勢。

　　雖然起步較晚，但歐洲、日本等國家在空間交會與對接研究方面已取得長足進(jìn)步，特別是某些單項(xiàng)技術(shù)和設(shè)備，如地面仿真、對接敏感器等。

　　“在空間運(yùn)行的兩個航天器對接非常復(fù)雜，需要兩個航天器的軸線在同一直線上，并且相對速度要接近零。就像地面的兩輛急速飛馳的跑車，要讓它們的距離必須一直保持在一米左右，這是不容易做到的。” 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授焦維新說。

　　他說：“我國現(xiàn)在還沒有實(shí)現(xiàn)飛船的空間交會對接功能。‘神八’、‘神九’宇宙飛船正在進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)。而我國的空間交會對接技術(shù)也是一個逐漸完善的過程。不僅是一次對接，還需要二次對接。”

　　“神八”將與“天宮一號”交會對接

　　專家告訴記者，航天器之間的對接，常見的形式有兩種：俄羅斯使用傳統(tǒng)的“桿-錐”式對接，美國使用異體同構(gòu)周邊式對接。后者是比較進(jìn)步的對接方式，它能為航天員出入提供更大的空間。

　　航天器的對接，涉及兩個高速運(yùn)動的航天器的軌道交會點(diǎn)的復(fù)雜運(yùn)算，以及對航天器的精確控制，因此是每個空間站在興建和使用過程中面臨的巨大挑戰(zhàn)。為保證空間站的順利對接，需要高性能的計(jì)算機(jī)來測算和修正航天器的軌道。

　　“航天器之間的對接可以通過人工遙控或自動方式進(jìn)行，但一般來說自動方式不太精準(zhǔn)，而人工操縱可以提高成功率。美國的航天器對接是通過自動方式讓二者接近，再用人工操縱最終完成對接，因此成功率較高。”專家說。

　　中國工程院院士、國際宇航科學(xué)院院士，曾擔(dān)任中國載人航天工程載人飛船系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師的戚發(fā)軔在接受媒體采訪時透露，“天宮一號”發(fā)射上天后的兩個月時間里，地面科研人員將驗(yàn)證其性能。如果運(yùn)行穩(wěn)定、工作正常，無人飛船“神舟八號”就會隨即上天，追著“天宮一號”，兩者進(jìn)行首次無人對接試驗(yàn)，對接之后共同運(yùn)行一段時間，而后二者分離，“神八”返回。

　　據(jù)悉，“神舟”系列飛船從“神舟八號”開始會有許多技術(shù)改進(jìn)，成為一種嶄新的天地往返飛行器。其中，交會對接功能是其最主要的特色，航天員可以根據(jù)電視圖像操縱飛船，使其緊跟目標(biāo)飛行器。

　　有專家指出，要實(shí)現(xiàn)順利對接，兩個飛行器的相對速度不能超過每秒0.2米，橫向偏差不能超過18厘米。對接成功后，“神舟八號”會通過很多把鎖綁住“天宮一號”。

　　空間交會對接需要四個環(huán)節(jié)

　　有關(guān)專家透露，“天宮一號”目標(biāo)飛行器與“神舟八號”以及“神舟九號”飛船交會對接過程將分四個階段：遠(yuǎn)程導(dǎo)引段、近程導(dǎo)引段、最終逼近段和對接?？慷?。

　　遠(yuǎn)程導(dǎo)引段是在地面測控的支持下，“神舟八號”飛船經(jīng)過若干次變軌機(jī)動，進(jìn)入到“神舟八號”飛船上的敏感器能捕獲目標(biāo)飛行器的范圍(一般為15～100千米)。

　　近程導(dǎo)引段是“神舟八號”飛船根據(jù)自身的微波和激光敏感器測得的與“天宮一號”的相對運(yùn)動參數(shù)，自動引導(dǎo)到距“天宮一號” 0.5千米～1千米左右，由此開始與“天宮一號”最后接近和?？?。

　　最終逼近是“神舟八號”飛船首先要捕獲“天宮一號”的對接軸，當(dāng)對接軸線不沿軌道飛行方向時，要求“神舟八號”飛船在軌道平面外進(jìn)行繞飛機(jī)動，以進(jìn)入對接走廊，此時兩個航天器之間的距離約100米，相對速度約3～1米/秒。

　　對接停靠段是“神舟八號”飛船利用由攝像敏感器和接近敏感器組成的測量系統(tǒng)精確測量兩個航天器的距離、相對速度和姿態(tài)，同時啟動小發(fā)動機(jī)進(jìn)行機(jī)動，使之沿對接走廊向目標(biāo)最后逼近。在對接合攏前關(guān)閉發(fā)動機(jī)，以0.15～0.18米/秒的?？克俣扰c目標(biāo)相撞，最后利用栓一錐或異體同構(gòu)周邊對接裝置的抓手、緩沖器、傳力機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)使兩個航天器在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)硬連接，完成信息傳輸總線、電源線和流體管線的連接。

　　據(jù)悉，交會對接飛行操作，根據(jù)航天員介入的程度和智能控制水平可分為手控、遙控和自主三種方式。

　　“‘神舟八號’飛船和‘天宮一號’進(jìn)行的是遙控交會對接，完全依靠地面指揮系統(tǒng)和飛船自身的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，所以說，難度更大一些。”專家透露。一旦“神舟八號”飛船和“天宮一號”交會對接順利，“神舟九號”飛船將進(jìn)行載人飛行，通過航天員的艙外作業(yè)實(shí)現(xiàn)手控對接。

　　除“交會對接”還可進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)

　　焦維新告訴記者：“‘天宮一號’的發(fā)射是為了建立空間站，建立空間站是為了科學(xué)實(shí)驗(yàn)。飛船在太空飛行一般是在一周左右，它所能進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)無論是從內(nèi)容還是時間上都是有限的。只有空間站可以長時間在太空中運(yùn)行，這樣，我們就可以進(jìn)行太空產(chǎn)品的開發(fā)研制。”

　　“天宮一號”建成后，可以用來進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)、太空觀測、偵察、在太空中儲備物質(zhì)等多種用途。在對地觀測方面，當(dāng)?shù)厍蛏习l(fā)生地震、海嘯或火山噴發(fā)等事件時，航天員可以及時調(diào)整遙感器的各種參數(shù)，以獲得最佳觀測效果。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)胡友秋教授認(rèn)為，“天宮一號”的建立可以為我國帶來很大的經(jīng)濟(jì)價值。比如在太空育種方面，就可以培育出很多各種各樣的蔬菜;在工業(yè)方面，還可以制造出特殊材料;另外，還有導(dǎo)航，比如GPS定位可以大大方便人們的出行。

　　戚發(fā)軔透露，中國已經(jīng)和歐盟簽訂協(xié)議，將在“神舟八號”飛船上搭載實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

　　從試驗(yàn)性空間站到載人空間站

　　在完成無人和有人對接試驗(yàn)后，“天宮一號”的使命將完成。我國將發(fā)射正式空間實(shí)驗(yàn)室，叫作“天宮二號”。

　　一些要在空間實(shí)驗(yàn)室做的實(shí)驗(yàn)，需要很大的空間，起碼兩三個人在那兒長期工作。這樣除了核心艙之外，空間站還有一個結(jié)點(diǎn)艙，結(jié)點(diǎn)艙相當(dāng)于一個球形，有很多接口，在上面可以對接好幾個實(shí)驗(yàn)室，它就像插座一樣擴(kuò)展空間。

　　目前，“天宮一號”雖還處于研制階段，但張履謙院士表示，“神舟九號”或者“神舟十號”飛船可能會有航天員進(jìn)入“天宮一號”中進(jìn)行短期的空間實(shí)驗(yàn)活動。

　　所以說，“天宮一號”試驗(yàn)性空間站里的配套設(shè)施一般必須包括氧氣呼吸裝置、廢氣吸收裝置、防止空間的輻射照射裝置以及宇航員長期生活具備的各種條件。其中產(chǎn)生動力的推力艙、生活艙、實(shí)驗(yàn)、接口等都是空間站上比較重要的裝置。

　　專家透露，中國預(yù)計(jì)在2020年建成的空間站技術(shù)起點(diǎn)較高，技術(shù)含量可以與國際空間站比肩，但規(guī)模較小，只有3個艙室60噸駐3人，無法與國際空間站10個艙室419噸駐6～7人的規(guī)模相比。

　　“但中國的空間站是完全獨(dú)立完成的，而國際空間站則是由16國共同出資建造的，除了俄美法，其他參與方從中并未獲得多少自主的技術(shù)。”專家強(qiáng)調(diào)。

　　預(yù)計(jì)在2020年前后，我國將建成自己的載人空間站，由核心艙、實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ、實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ、載人飛船(即已經(jīng)命名的“神舟”號飛船)和貨運(yùn)飛船五個模塊組成。各飛行器既是獨(dú)立飛行器，具備獨(dú)立飛行能力，又可以與核心艙組合成多種形態(tài)的空間組合體，在核心艙統(tǒng)一調(diào)度下協(xié)同工作，完成空間站承擔(dān)的各種任務(wù)。