马元祝 秦福荣:天宫一号今日上天 “梦幻对接”方案揭盅

天宫一号进入发射倒计时。

9月28日，最后一场演练完毕，搭载着天宫一号目标飞行器的长征二号F运载火箭将于9月29日21时16分至21时31分择机发射。

预计在11月，神舟八号飞船将尾随而至，与天宫一号在距离地球表面343公里以外会合，从而建立第一个中国空间实验室。

9月28日下午，天宫一号/神舟八号交会对接任务总指挥部在酒泉卫星发射中心举行新闻发布会。中国载人航天工程新闻发言人武平介绍，神舟八号飞船发射入轨后2天内，完成与天宫一号的第一次交会对接，形成组合体。

组合体飞行12天左右，择机进行第二次交会对接。组合体运行结束后，飞船于1天内返回地面。天宫一号将升轨至自主飞行轨道，转入长期运行管理模式，等待下次交会对接。

建造较大规模、长期有人照料的空间站，是中国载人航天发展战略的第三步。天宫一号与神舟八号的会合，将拉开这一步的序幕。

试验突破交会对接技术(RVD)，是此次发射天宫一号的核心任务。“交会对接技术是目前宇航史上的一项规模最大和变量参数最多的控制技术”， 装备指挥技术学院副教授林琪介绍。

300面宇联会旗上太空

相当于储满20米乘25米游泳池的450吨燃料先是装在12个储藏箱里，接着从9月28日下午开始，被慢慢注入“长征二号F”运载火箭。

28日下午的发布会上，武平介绍，我国首次空间交会对接任务将于9月底至11月中旬进行。

因为实践十一号04星的发射失利，发射天宫一号的长征二号F T1火箭特意进行了全面复查和改进。发射前几天就已伫立戈壁的火箭采用了新型整流罩，改进了助推器结构，也提高了运载能力。

据报道，天宫一号将搭载300面国际宇航联合会会旗上天，这些会旗将在明年由执行我国首次载人交会对接任务的航天员带回地面。

天宫一号也会“回家”。武平介绍，在其寿命末期，天宫一号将主动离轨，陨落指定海域。

而在今年完成天宫一号与神舟八号的交会对接任务后，后续任务的规划是：

2012年底前，完成无人和载人空间交会对接试验，突破和掌握飞行器空间交会对接技术。

2016年前，研制并发射空间实验室，突破和掌握空间站关键技术，开展一定规模的空间应用。

2020年前后，研制并发射核心舱和实验舱，在轨组装成本体质量60吨级载人空间站，突破和掌握载人空间站建造和运营技术、长期载人飞行技术，并开展较大规模的空间应用。

空间对接4步走

天宫一号实际上是一个空间实验室的雏形，它的重量和神舟七号一样，主体为短粗的圆柱型，直径比神舟飞船更大。天宫一号采用两舱构型，分别为实验舱和资源舱，前后各有一个对接口。

为了与天宫一号对接，神舟八号在神舟飞船的基础上做了改进，“神舟八号的轨道舱前端安装了对接口，结构分为用于连接的机械部分和探测敏感器两部分”，“神六”飞船总设计师顾问王壮告诉记者。

天宫一号作为目标船，神舟八号作为追踪船，其在太空中的对接分4步进行。

首先是地面导引阶段，在这一阶段中，地面参与对追踪船和目标船的跟踪和测量，在地面测量数据的支持下，追踪船机动飞行进入其敏感器能够捕获目标航天器的范围内。

追踪船在地面测控站的指挥控制下，完成几次加速或减速，使两船之间的距离缩短到10千米—100千米。这时，追踪船上的交会雷达开始跟踪目标船。

接下来，神舟八号将靠自己的交会雷达测量出距目标船的距离，按照“边环绕，边接近”的规律，引导飞船靠近天宫一号，使两者距离缩短到100—1000 米左右。这被称作自动寻的阶段。

第三步是最终逼近阶段，神舟八号从距天宫一号100米的位置逐渐靠近到10 米左右的距离。

“这是空间交会对接技术最关键的飞行程序，两艘飞船的纵轴需要保持平行，还需要精确位置和姿态的测量与控制，以防止碰撞事故的发生。”一位不愿透露姓名的航天专家说。

当神舟八号上的接近敏感器测出与天宫一号的距离已缩短到只有几十厘米，相对速度小于几十厘米/秒，两船的纵轴对齐时，就会发出对接信号，对接最终进行。

“两艘飞船上的撞锁打开，两船碰撞，然后从两船分别伸出滑轨，对接机构接触、啮合、锁定”，王壮说，此后完成各种管道、线路的连接。

天宫一号与神舟八号对接成功之后，还有一个脱开和分离过程，这也属于交会对接的技术范畴。

分离时，首先将对接机构解锁，使两艘飞船脱开。再启动冷气推进器，产生分离速度。同时启动两艘飞船的姿控和轨控系统，保证神舟八号按预定要求撤离。

 神八“减速”追赶

“如果神舟八号与天宫一号顺利对接，神舟九号同样顺利，那么神舟十号就可以进行载人对接了”，王壮告诉记者。

1966年3月，美国的双子星座8号载人飞船与“阿金纳”目标航天器，在航天员手动操作下，完成世界上首次（手动）交会对接。迄今为止，全世界在轨成功实现交会对接大约已有300多次。

但对于技术难度极高的空间交会对接来说，试验失败的风险随时存在。

在20世纪70年代到80年代初，前苏联联盟号飞船与礼炮号轨道站对接就曾经出现多次因对接系统问题，未能完成交会对接任务。

例如，联盟—10在与礼炮号轨道站对接后未能进站；联盟—15、联盟—23和联盟—25均未能完成与礼炮号的对接，使得前苏联本想借此来隆重庆祝十月革命60周年的活动黯然失色。

影响空间交会对接的最大难题是速度。航天器在轨道上运行的时速高达28000千米，此外，两个航天器在轨道上交会，除需要控制前后、左右外，还要控制上下方向，即3自由度控制。而如要实现对接，还要再增加3个转动自由度的姿态控制。

两艘飞船还必须在服从环绕地球运行规律的约束下实现交会，即边环绕地球，边缩短距离。

神舟八号在天宫一号之后发射，首先要用运载火箭将它送入与天宫一号相同的轨道。而神舟八号要追上天宫一号，也不能像汽车或飞机那样，对准目标加速飞去。

“因为追踪船一旦加速，它就离开原来轨道，进入另外一条较高的椭圆轨道。”中国空间技术研究院一名航天专家告诉记者。

为了缩短距离，神舟八号应该减速，使自己进入一条比原轨道略低的椭圆轨道，使轨道周期缩短。这样，两艘船各自绕地球运行的同时，相互间的距离就会缩短，经过几次这样的调整，才能逐步在轨道上到达同一位置。

按照以往经验，两艘飞船每一次交会对接需要数小时，甚至十几小时。有时一次对接不上，则需要调整轨道，再次对接，甚至多次对接尝试。

早在1971年的“阿波罗14号”登月任务中，正常情况下只需25分钟的指令舱与登月舱对接花了近两个小时，接连尝试5次均告失败。

由于每次对接都要消耗推进剂，必须保证最后一次对接尝试，无论成功失败，追踪船应留有足够的推进剂以便返回地面。不过，迄今为止，这种完全失败的情况是极少的。绝大多数情况都一次成功，只有很少几次是经过2次或多次尝试才对接成功。

处于领先的自主技术

“从空间交会对接的技术成熟程度和在轨交会对接次数来看，俄罗斯应居首位，从当前交会对接技术水平来看，美国应居首位。”2007年，北京控制工程研究所研究员林业兴撰文称。

经过40多年的探索、研究，现在的交会对接已经变成一件日常例行的空间操作。但“此次天宫一号和神舟八号所使用的自主对接技术是目前世界上最先进的”，一位不愿透露姓名的航天专家说。

“空间交会对接技术先进与否最主要的表现，在于每秒钟8公里的高速运行时对接的可靠性”，“神六”飞船总设计师顾问王壮说。

他告诉记者，如果天宫一号与神舟八号、九号、十号飞船的交会对接全都顺利完成，就表明我国将掌握成熟的空间交会对接技术。

北京控制工程研究所研究员林业兴撰文介绍，空间对接技术水平正从依靠地面站和宇航员联合手控操作，走向自动控制而且不断在提升星上自主性。

而据中国空间技术研究院专家介绍，天宫一号与神舟八号的对接将完全由神舟八号自主控制。

宇航员出舱和空间交会对接技术是建造“国际空间站”的必由之路。“神舟七号时我们已经解决了宇航员出舱技术”，王壮说，“在掌握空间对接技术后，重量只有8吨的天宫一号也将最终发展成核心舱重量20吨的空间站”。

而体量庞大的空间站不可能一次发射上天，国际空间站就是由几十个舱段和桁架、太阳电池阵、可移动机械臂等大型构件组成。这些舱段和大型构件，由于尺寸大，重量重，只有用航天飞机才能将它们运送到轨道上，与在轨的舱段、大型构件或半成品空间站交会对接。

为此，从1995年到1998年间，美国的航天飞机与俄罗斯和平号空间站先后进行了9次交会对接演练。

“同整个载人航天技术一样，中国的交会对接技术也享有后发优势，但独立自主的条件下，需要配套的技术也相当复杂。”英国《航天飞行》杂志撰稿人陈蓝说，“特别是中国要在没有经验的条件下，用尽可能少的发射次数掌握技术。”