在天宮一號(hào)和長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體順利完成轉(zhuǎn)場(chǎng)之后，目前正在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射架上接受最后的各項(xiàng)測(cè)試，并將最早于9月27日發(fā)射升空，和11月左右發(fā)射的神八飛船實(shí)施無人自動(dòng)交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，完成中國(guó)航天史上的首次“太空之吻”。
天宮一號(hào)將與神八飛船完成中國(guó)航天史上的首次“太空之吻”（3sNews 配圖）
天宮一號(hào)和神舟系列飛船的結(jié)構(gòu)和使命有什么不同?天宮一號(hào)和神八飛船如何實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接?在世界空間站歷史上，天宮一號(hào)處于什么地位?昨天上午，圍繞天宮一號(hào)的一系列熱點(diǎn)問題，晨報(bào)記者專訪了航天專家、《國(guó)際太空》雜志社副主編龐之浩。
航天專家、《國(guó)際太空》雜志社副主編龐之浩（3sNews 配圖）
天宮一號(hào)計(jì)劃流程（3sNews 配圖）
天宮一號(hào)發(fā)射各項(xiàng)準(zhǔn)備工作就緒（3sNews 配圖）
天宮三次對(duì)接，比美俄節(jié)省
記者：再過幾天，天宮一號(hào)就將發(fā)射。和神舟系列飛船相比，天宮一號(hào)的結(jié)構(gòu)有什么不同嗎?
龐之浩：天宮一號(hào)是一個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室雛形，它的重量和神舟七號(hào)差不多，但尺寸稍大一些。結(jié)構(gòu)上和以前的神七也有不同。神七是三艙式的，天宮不一樣，是兩艙式的，一個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，一個(gè)資源艙。實(shí)驗(yàn)艙由密封的前錐段、柱段和后錐段組成。和神七飛船最大的不同是，實(shí)驗(yàn)艙前端有一個(gè)交互對(duì)接機(jī)構(gòu)，以及交會(huì)對(duì)接測(cè)量和通信設(shè)備，用于支持與飛船實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。
記者：我國(guó)過去發(fā)射的神舟系列飛船，先后實(shí)現(xiàn)了載人上天和太空行走的任務(wù)，天宮一號(hào)的使命又是什么呢?
龐之浩：天宮一號(hào)是我國(guó)自主研制的全新的航天器，它主要的任務(wù)就是完成和飛船的交會(huì)對(duì)接，使我國(guó)掌握關(guān)鍵的交會(huì)對(duì)接技術(shù)。
天宮一號(hào)發(fā)射升空之后，我們還有三次發(fā)射，今年先把天宮發(fā)上去，年底神八在無人的情況下和天宮一號(hào)實(shí)施自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。明年還要發(fā)射神九、神十。神舟十號(hào)是要載人的，如果順利的話，神九可能也要載人上去，也可能無人，這要參考神八的交會(huì)對(duì)接結(jié)果。
除了掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)外，天宮一號(hào)還可能承擔(dān)一些空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，如航天醫(yī)學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)等等。
記者：美國(guó)和俄羅斯也都掌握了交會(huì)對(duì)接技術(shù)，天宮一號(hào)和他們的目標(biāo)飛行器相比，是否有一些過人之處?
龐之浩：天宮一號(hào)發(fā)射升空之后，要先后和三艘飛船完成交會(huì)對(duì)接，這比美俄都要節(jié)省。為什么呢?因?yàn)閲?guó)際上交會(huì)對(duì)接都是用兩艙飛船，一一對(duì)應(yīng)，每次交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)，都要發(fā)射兩個(gè)航天器，進(jìn)行三次交會(huì)對(duì)接，就得發(fā)射六個(gè)航天器。天宮一號(hào)不一樣，一個(gè)目標(biāo)飛行器進(jìn)行三次對(duì)接，只需要發(fā)射四個(gè)航天器就夠了，可以節(jié)省兩次發(fā)射成本，而且還縮短了研制周期。
建空間站交會(huì)對(duì)接技術(shù)先行
記者：交會(huì)對(duì)接是我國(guó)載人航天“三步走”戰(zhàn)略中的第二步，交會(huì)對(duì)接為什么如此重要，要單獨(dú)作為一步來實(shí)施?
龐之浩：我國(guó)載人航天工程的近期目標(biāo)，是建成有較大規(guī)模的、長(zhǎng)期有人照料的空間站?？臻g站體積大，自身又不能往返于地球和太空之間，必須用火箭或者航天飛機(jī)運(yùn)載。
空間站就像一座大廈，無論火箭還是航天飛機(jī)，都不可能將數(shù)百噸的空間站一次性送到軌道上，因此只能將各艙段分批運(yùn)載到太空軌道，再通過交會(huì)對(duì)接技術(shù)組裝到一起。所以，交會(huì)對(duì)接是建立空間實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)，沒有交會(huì)對(duì)接技術(shù)，就不可能建成空間站。
其實(shí)不僅是空間站需要，今后載人登月，也需要交會(huì)對(duì)接技術(shù)。
天宮和神八“接吻”口型相同
記者：天宮一號(hào)和神八要在太空軌道上對(duì)接在一起，面臨的最大難題是什么?
龐之浩：交會(huì)對(duì)接首要的難度在于航天器都在高速運(yùn)行，時(shí)速都在上萬公里。特別是在近距離交會(huì)時(shí)，目標(biāo)飛行器和飛船的速度、相對(duì)位置都要控制得非常精確，否則就可能錯(cuò)過、追尾甚至碰撞。
記者：天宮一號(hào)和神八要經(jīng)過哪些步驟，才能最終對(duì)接成整體呢?
龐之浩：天宮一號(hào)和神八是先后發(fā)射升空的，交會(huì)對(duì)接之前，兩個(gè)飛行器都各自繞著地球軌道運(yùn)行。交會(huì)對(duì)接分四個(gè)步驟完成，地面引導(dǎo)、自動(dòng)尋地、最后逼近與交會(huì)對(duì)接。
前面兩個(gè)步驟，由地面運(yùn)用雷達(dá)及GPS給出遠(yuǎn)程導(dǎo)引，使兩個(gè)飛行器接近到幾百甚至100公里左右;然后通過航天器搭載的攝影機(jī)、對(duì)接敏感器等繼續(xù)靠近，實(shí)現(xiàn)最后逼近。
最后的交會(huì)對(duì)接，美國(guó)常常采用航天員手動(dòng)方式控制近距離交會(huì)對(duì)接，俄羅斯則更多用自動(dòng)方式，自動(dòng)失敗后再采用手動(dòng)。天宮一號(hào)和神八將采用自動(dòng)對(duì)接，就是依靠各自的傳感器建立雙向?qū)Ш?，最終對(duì)接在一起。
記者：對(duì)接口就像兩張嘴巴一樣，天宮一號(hào)和神八的“太空之吻”實(shí)在驚艷。
龐之浩：的確，天宮一號(hào)和神八的對(duì)接采用的還是目前比較先進(jìn)的異體同構(gòu)模式，天宮一號(hào)和神八對(duì)接口的結(jié)構(gòu)都一樣。還有一種是“桿-錐”式結(jié)構(gòu)，一個(gè)航天器的對(duì)接口內(nèi)是接收錐，另一個(gè)航天器上裝有對(duì)接碰撞桿，碰撞桿漸漸指向接收錐內(nèi)，接收錐將桿頭鎖定。
相比之下，異體同構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于，沒有誰主動(dòng)被動(dòng)，這有利于救援;其次，異體同構(gòu)的對(duì)接口，可以做得比“桿-錐”對(duì)接口的直徑大，因而更加暢通，適宜大質(zhì)量航天器間對(duì)接。
完成對(duì)接試驗(yàn)任務(wù)后“分手”
記者：天宮一號(hào)只有兩個(gè)對(duì)接口，卻要先后與神八、神九和神十對(duì)接，是不是每次對(duì)接之后還要分離?
龐之浩：完成對(duì)接試驗(yàn)任務(wù)后，天宮一號(hào)和飛船會(huì)分離。分離也是交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的一部分。相比交會(huì)對(duì)接而言，分離要容易一些，但在高速度、近距離的分離過程中，兩個(gè)航天器也存在碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。至于對(duì)接之后多長(zhǎng)時(shí)間再分離，這個(gè)要根據(jù)交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)的需要來決定。
記者：目前國(guó)際上哪些國(guó)家已經(jīng)掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)?中國(guó)的交會(huì)對(duì)接技術(shù)處于何種水平?
龐之浩：目前完全獨(dú)立掌握空間交會(huì)對(duì)接的只有美國(guó)和俄羅斯，歐洲和日本則部分掌握了該技術(shù)。比如歐洲的自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器，一種大型的貨運(yùn)飛船，運(yùn)的東西多，能裝載七八噸，它采用俄羅斯的交匯對(duì)接技術(shù)，近距離通過激光確定其距離、位置、姿態(tài)和速度。
如果我國(guó)突破了交會(huì)對(duì)接技術(shù)，則將成為世界上第三個(gè)完全掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。
記者：自從上世紀(jì)70年代以來，人類已經(jīng)發(fā)射升空10個(gè)空間站。和這些空間站相比，天宮一號(hào)處于什么水平?
龐之浩：嚴(yán)格意義上講，天宮一號(hào)還算不上是空間站，它只是一個(gè)簡(jiǎn)易的空間實(shí)驗(yàn)室。天宮一號(hào)和其他空間站的區(qū)別在于，首先，它的壽命只有2年，航天員只能短期駐守;其他空間站的壽命可達(dá)5至10年，或者更長(zhǎng)，航天員每次在軌時(shí)間多在100天以上。其次，空間實(shí)驗(yàn)室空間小，對(duì)接口少，沒有擴(kuò)展能力。而且空間實(shí)驗(yàn)室所需的燃料和消耗品要一次帶足，其他空間站則可以用貨運(yùn)飛船定期補(bǔ)給。
從重量上比較，天宮一號(hào)只有8噸，前蘇聯(lián)發(fā)射的第一個(gè)空間站“禮炮1號(hào)”也有近20噸。今年建成的國(guó)際空間站已經(jīng)是第四代空間站，總重量高達(dá)400多噸。
[背景]
國(guó)際空間站已經(jīng)進(jìn)入第四代
記者：國(guó)際空間站已是第四代空間站，空間站的劃代標(biāo)準(zhǔn)是什么?
龐之浩：主導(dǎo)空間站技術(shù)的主要是美俄(前蘇聯(lián))，目前已經(jīng)發(fā)展到第四代，劃代的標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)空間站的結(jié)構(gòu)和體積。
前蘇聯(lián)發(fā)射的“禮炮1號(hào)”到“禮炮5號(hào)”屬于第一代空間站，這5個(gè)空間站都只有一個(gè)對(duì)接口，可與“聯(lián)盟”號(hào)載人飛船對(duì)接，人貨混裝，航天員和補(bǔ)給物資都從這個(gè)對(duì)接口進(jìn)入空間站。它們的重量也都相當(dāng)，約19噸，長(zhǎng)16米，只有一個(gè)對(duì)接口。這一代的空間站由于空間和能耗等原因，航天員只能短期駐守。
第二代空間站以1977年9月后相繼發(fā)射的“禮炮6號(hào)、7號(hào)”為代表。這一代空間站不僅相對(duì)更大些，而且出現(xiàn)了兩個(gè)對(duì)接口，一個(gè)與聯(lián)盟號(hào)載人飛船對(duì)接，另一個(gè)用于不載人貨運(yùn)飛船對(duì)接，用于軌道加油和往返運(yùn)送試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)物品，實(shí)現(xiàn)了人貨分離。第二代空間站不僅創(chuàng)造過210天和237天長(zhǎng)期生活記錄，還創(chuàng)造了首位女航天員出艙作業(yè)的記錄。
1986年前蘇聯(lián)發(fā)射的“和平號(hào)”空間站，屬于第三代空間站，從兩艙結(jié)構(gòu)發(fā)展到多艙，對(duì)接口也達(dá)到6個(gè)。工作艙、過渡艙以及服務(wù)艙等艙段采用積木式結(jié)構(gòu)連接而成。“和平”號(hào)總重量達(dá)123噸，工作容積400立方米。“和平”號(hào)在1999年8月前接待過多批宇航員，按計(jì)劃在2001年3月退役墜毀。
今年剛建成的國(guó)際空間站，則屬于第四代空間站。它采用的是桁架式和積木式的“混血”結(jié)構(gòu)，其基礎(chǔ)桁架就像是一根“大梁”，居住艙、服務(wù)艙、實(shí)驗(yàn)艙、太陽能電池板、移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)及站外暴露試驗(yàn)設(shè)施都安裝在這根“大梁”上，各艙段之間還通過球形節(jié)點(diǎn)艙連接。(楊育才)
龐之浩簡(jiǎn)介：
現(xiàn)為中國(guó)空間技術(shù)研究院研究員，《國(guó)際太空》雜志編審/副主編，中國(guó)宇航學(xué)會(huì)會(huì)員，中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間探測(cè)專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)遙感應(yīng)用協(xié)會(huì)專家委員會(huì)委員，中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員，《現(xiàn)代通信》雜志編委，《太空探索》雜志特約記者，《航空檔案》雜志特約記者。
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