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外關注的焦點。相關機構透露，中國首個太空實驗室——“天宮一號”即將在這里發(fā)射升空。

　　記者從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心權威人士處獲悉，原定8月底發(fā)射的“天宮一號”由于受到“實踐十一號04星”未進入預定軌道的事故影響，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”為目標飛行器命名，就是希望引起國人的共鳴。據悉，“天宮一號” 已經于6月下旬從北京乘專列運往酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心。用于發(fā)射的長征二號F運載火箭，于7月23日上午運抵酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心。目前，執(zhí)行“天宮一號”飛行任務的各大系統(tǒng)參試人員和飛行產品已集結發(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”計劃：一是航天員上天;二是多人多天飛行、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。此次“天宮一號”的發(fā)射就是在完成第二步的后續(xù)任務，并為完成第三步戰(zhàn)略目標打下基礎。

　　中國載人航天工程相關專家透露，“天宮一號”是未來中國首個空間實驗室雛形。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”進行無人對接實驗，如果無人對接順利，“神九”將進行有人對接實驗，這樣中國載人航天工程的第二步戰(zhàn)略目標才能全部達到。

　　“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，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的第一步，今后我們會慢慢建設大型的空間實驗站，等到2020年預計我國的空間站就可以逐步完成了。”參與“天宮一號”項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業(yè)博覽會的國家重大科技成就展區(qū)，“天宮一號”目標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’采用兩艙構型，分別為實驗艙和資源艙。實驗艙由密封的前錐段、柱段和后錐段組成，前端安裝一個對接機構，以及交會對接測量和通信設備，用于支持與飛船實現(xiàn)交會對接。資源艙為軌道機動提供動力，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”飛船進行對接使用。

　　有航天專家解釋，“‘天宮一號’的設計壽命只有兩年，目的是進行無人和有人的對接試驗，為今后的空間站的建造積累經驗。”專家強調，“天宮一號”并非真正的空間站，而是用于試驗我國未來空間站項目所需技術的首個太空試驗平臺，為此后我國建設空間站做準備。

　　試驗性空間站和空間站的區(qū)別

　　專家透露，試驗性空間站和空間站之間主要存在六大區(qū)別。首先，試驗性空間站在軌壽命通常低于5年，而其他空間站可達5至10年，或者更長;其次，試驗性空間站的規(guī)模較小，對接口也少，沒有擴展能力。而其他空間站至少有兩個對接口，能同時對接載人運輸器、貨物運輸器或專用實驗艙;三是試驗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飛船定期進行多次補給;試驗性空間站上的有效載荷設備很少更換，但其他空間站可多次更換和增加實驗儀器;試驗性空間站上的航天員一般只進行試驗、訓練等，而其他空間站上的航天員要經常進行維修工作。

　　空間對接是“天宮一號”主要任務

　　空間交會與對接是載人航天活動的三大基本技術之一。所謂三大基本技術就是載人航天器的成功發(fā)射和航天員安全返回技術、空間出艙活動技術和空間交會對接技術。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，目前我國已經掌握了載人航天器的成功發(fā)射和航天員安全返回技術，‘天宮一號’可以為今后建造空間站積累經驗。”相關專家說。

　　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停靠在空間站上的救生艇用。為了實現(xiàn)宇宙飛船的運輸功能，就必須攻克宇宙飛船與空間站的空間交會技術與對接技術，其中，主要設備是交會測量系統(tǒng)和對接機構。

　　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。尤其是俄羅斯在掌握了空間交會與對接技術以后，先后利用飛船的運輸能力發(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著技術優(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步，特別是某些單項技術和設備，如地面仿真、對接敏感器等。

　　“在空間運行的兩個航天器對接非常復雜，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。” 北京大學地球與空間科學學院教授焦維新說。

　　他說：“我國現(xiàn)在還沒有實現(xiàn)飛船的空間交會對接功能。‘神八’、‘神九’宇宙飛船正在進行這方面的實驗。而我國的空間交會對接技術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，美國使用異體同構周邊式對接。后者是比較進步的對接方式，它能為航天員出入提供更大的空間。

　　航天器的對接，涉及兩個高速運動的航天器的軌道交會點的復雜運算，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，需要高性能的計算機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行，但一般來說自動方式不太精準，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、國際宇航科學院院士，曾擔任中國載人航天工程載人飛船系統(tǒng)總設計師的戚發(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，地面科研人員將驗證其性能。如果運行穩(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”，兩者進行首次無人對接試驗，對接之后共同運行一段時間，而后二者分離，“神八”返回。

　　據悉，“神舟”系列飛船從“神舟八號”開始會有許多技術改進，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，航天員可以根據電視圖像操縱飛船，使其緊跟目標飛行器。

　　有專家指出，要實現(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)

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

　　遠程導引段是在地面測控的支持下，“神舟八號”飛船經過若干次變軌機動，進入到“神舟八號”飛船上的敏感器能捕獲目標飛行器的范圍(一般為15～100千米)。

　　近程導引段是“神舟八號”飛船根據自身的微波和激光敏感器測得的與“天宮一號”的相對運動參數，自動引導到距“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行繞飛機動，以進入對接走廊，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)動機進行機動，使之沿對接走廊向目標最后逼近。在對接合攏前關閉發(fā)動機，以0.15～0.18米/秒的?？克俣扰c目標相撞，最后利用栓一錐或異體同構周邊對接裝置的抓手、緩沖器、傳力機構和鎖緊機構使兩個航天器在結構上實現(xiàn)硬連接，完成信息傳輸總線、電源線和流體管線的連接。

　　據悉，交會對接飛行操作，根據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)和飛船自身的技術實現(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”飛船將進行載人飛行，通過航天員的艙外作業(yè)實現(xiàn)手控對接。

　　除“交會對接”還可進行科學實驗

　　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實驗。飛船在太空飛行一般是在一周左右，它所能進行的科學實驗無論是從內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行，這樣，我們就可以進行太空產品的開發(fā)研制。”

　　“天宮一號”建成后，可以用來進行科學實驗、生產、太空觀測、偵察、在太空中儲備物質等多種用途。在對地觀測方面，當地球上發(fā)生地震、海嘯或火山噴發(fā)等事件時，航天員可以及時調整遙感器的各種參數，以獲得最佳觀測效果。

　　中國科學技術大學胡友秋教授認為，“天宮一號”的建立可以為我國帶來很大的經濟價值。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，中國已經和歐盟簽訂協(xié)議，將在“神舟八號”飛船上搭載實驗儀器進行科學實驗。

　　從試驗性空間站到載人空間站

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

　　一些要在空間實驗室做的實驗，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，空間站還有一個結點艙，結點艙相當于一個球形，有很多接口，在上面可以對接好幾個實驗室，它就像插座一樣擴展空間。

　　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入“天宮一號”中進行短期的空間實驗活動。

　　所以說，“天宮一號”試驗性空間站里的配套設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。其中產生動力的推力艙、生活艙、實驗、接口等都是空間站上比較重要的裝置。

　　專家透露，中國預計在2020年建成的空間站技術起點較高，技術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。”專家強調。

　　預計在2020年前后，我國將建成自己的載人空間站，由核心艙、實驗艙Ⅰ、實驗艙Ⅱ、載人飛船(即已經命名的“神舟”號飛船)和貨運飛船五個模塊組成。各飛行器既是獨立飛行器，具備獨立飛行能力，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)一調度下協(xié)同工作，完成空間站承擔的各種任務。