近日，國內(nèi)外媒體紛紛猜測，中國首個目標(biāo)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(biāo)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？如何確保接下來的交會對接過程萬無一失？如果對接成功又意味著什么？
——— 發(fā)射目的 ———
與“神八”實現(xiàn)無人對接
“天宮一號”學(xué)名目標(biāo)飛行器，并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(shè)計壽命期內(nèi)，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”完成空間交會對接，突破和掌握空間交會對接技術(shù)，為建造空間實驗室積累工程經(jīng)驗，為建造空間站奠定基礎(chǔ)。
“天宮一號”目標(biāo)飛行器升空入軌后，將作為交會對接試驗中的被動目標(biāo)，預(yù)計今年第四季度發(fā)射的“神八”飛船將作為追蹤飛行器，主動接近“天宮一號”并與之對接。
酒泉衛(wèi)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。
張建啟介紹，中國載人航天工程的“三步走”當(dāng)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(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(xù)任務(wù)。
——— 技術(shù)難 ———
空間交會對接是舉世公認(rèn)的航天技術(shù)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�？臻g交會對接是舉世公認(rèn)的航天技術(shù)瓶頸，它涉及軌道設(shè)計、硬件交會對接設(shè)計、控制技術(shù)、從遠(yuǎn)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(dāng)中實現(xiàn)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采訪時表示，交會雙方的航天器在三維空間飛行且必須沿著各自的軌道飛行，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(diào)整軌道，逐漸使它們飛到同一軌道上去，然后通過精確的姿態(tài)控制來調(diào)整航天器的朝向，使對接面處于相對位置，最終實現(xiàn)交會對接。
據(jù)《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(dāng)兩者相對靜止?fàn)顟B(tài)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厘米。在對接過程中，如果計算不準(zhǔn)，就可能發(fā)生對接事故。上世紀(jì)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”軌道站對接時發(fā)生過失誤�！冻r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(tǒng)、遠(yuǎn)距離控制等方面提升交會對接水平
“對接，電源系統(tǒng)是關(guān)鍵，電源系統(tǒng)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�！鄙虾：教旒夹g(shù)研究院科研四部部長、高級工程師葉勛在接受媒體采訪時說：“我們搞‘天宮一號’‘神八’電源系統(tǒng)的有四五十人，采用了不少新技術(shù)、新材料。”
據(jù)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，就無法挽救。為此，后來的“聯(lián)盟T”型飛船恢復(fù)安裝太陽能電池陣，增加飛船自主運行時間來應(yīng)付意外的發(fā)生。同時飛船與空間站對接后，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(shè)計師戚發(fā)軔院士表示，“神舟”系列飛船從“神八”開始有了許多技術(shù)改進(jìn)，交會對接功能是其最主要的特色。據(jù)戚發(fā)軔介紹，兩個航天器要在軌道上交會，需要非常精準(zhǔn)。除地面的遠(yuǎn)距離控制外，改進(jìn)后的飛船增加了很多近距離測量設(shè)備，應(yīng)用了激光雷達(dá)、微波雷達(dá)、光學(xué)敏感器等新技術(shù)，飛船也從之前只能上下移動變?yōu)槟軝M向移動。
龐之浩說，空間交會對接技術(shù)是實現(xiàn)空間站正常運行的先決條件，也是航天大國技術(shù)實力的綜合展示。
增強系統(tǒng)處理故障能力為交會對接奠定基礎(chǔ)
據(jù)中國載人航天工程網(wǎng)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(tǒng)，特別是飛船，系統(tǒng)具有一定的處理故障冗余能力是提高交會對接可靠性的基礎(chǔ)。
此前，蘇聯(lián)聯(lián)盟號飛船的姿控發(fā)動機和主發(fā)動機使用不同的推進(jìn)劑，當(dāng)姿控發(fā)動機推進(jìn)劑不足時，無法利用主發(fā)動機的剩余推進(jìn)劑。在交會對接系統(tǒng)發(fā)生故障時，由于姿控發(fā)動機推進(jìn)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，飛船只能返回。后來，“聯(lián)盟T”型飛船的主發(fā)動機和姿控發(fā)動機使用了相同的推進(jìn)劑，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。
另外，如果航天員缺乏訓(xùn)練，就不能應(yīng)付交會對接時出現(xiàn)的突發(fā)情況，致使交會對接失敗。目前，我國為應(yīng)對今后載人飛船與“天宮一號”的交會對接，正在積極訓(xùn)練航天員，提高這方面的素質(zhì)和技能。
——— 應(yīng)用廣 ———
交會對接服務(wù)太空“公共汽車”
交會對接技術(shù)廣泛應(yīng)用于太空活動中，“空間站體積大、運行時間長，是開發(fā)太空的優(yōu)良平臺。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(jìn)行人和貨物的接送。”龐之浩說，“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，交會對接技術(shù)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(dāng)兩個在軌飛行的航天器上的航天員想相互拜訪、轉(zhuǎn)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(xiàn)。據(jù)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回飛行并對接，成為世界第1輛太空“公共汽車”。
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對接的方式建造空間站。據(jù)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(xù)發(fā)射到某一高度的軌道上，通過交會對接聯(lián)結(jié)成一個整體。
“國際空間站”就是由13個艙、7段桁架結(jié)構(gòu)、4對巨型太陽能電池陣、1個移動服務(wù)系統(tǒng)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(jìn)行了一次交會對接。
對此，龐之浩說，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(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)行交會對接，隨后飛往目標(biāo)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)濟實用。特別是對于諸如火星及更遠(yuǎn)的載人任務(wù)而言，這可能是基于目前技術(shù)水平可實現(xiàn)的唯一途徑。
此外，龐之浩表示，交會對接技術(shù)還應(yīng)用于無人航天器之間，比如對在軌衛(wèi)星進(jìn)行加注和維修、捕捉敵方衛(wèi)星等。
