在天宮一號和長征二F運載火箭組合體順利完成轉(zhuǎn)場之后，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測試，并將最早于9月27日發(fā)射升空，和11月左右發(fā)射的神八飛船實施無人自動交會對接試驗，完成中國航天史上的首次“太空之吻”。
天宮一號將與神八飛船完成中國航天史上的首次“太空之吻”（3sNews 配圖）
天宮一號和神舟系列飛船的結(jié)構(gòu)和使命有什么不同?天宮一號和神八飛船如何實現(xiàn)交會對接?在世界空間站歷史上，天宮一號處于什么地位?昨天上午，圍繞天宮一號的一系列熱點問題，晨報記者專訪了航天專家、《國際太空》雜志社副主編龐之浩。
航天專家、《國際太空》雜志社副主編龐之浩（3sNews 配圖）
天宮一號計劃流程（3sNews 配圖）
天宮一號發(fā)射各項準備工作就緒（3sNews 配圖）
天宮三次對接，比美俄節(jié)省
記者：再過幾天，天宮一號就將發(fā)射。和神舟系列飛船相比，天宮一號的結(jié)構(gòu)有什么不同嗎?
龐之浩：天宮一號是一個空間實驗室雛形，它的重量和神舟七號差不多，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，一個實驗艙，一個資源艙。實驗艙由密封的前錐段、柱段和后錐段組成。和神七飛船最大的不同是，實驗艙前端有一個交互對接機構(gòu)，以及交會對接測量和通信設(shè)備，用于支持與飛船實現(xiàn)交會對接。
記者：我國過去發(fā)射的神舟系列飛船，先后實現(xiàn)了載人上天和太空行走的任務(wù)，天宮一號的使命又是什么呢?
龐之浩：天宮一號是我國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對接，使我國掌握關(guān)鍵的交會對接技術(shù)。
天宮一號發(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實施自動交會對接。明年還要發(fā)射神九、神十。神舟十號是要載人的，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對接結(jié)果。
除了掌握交會對接技術(shù)外，天宮一號還可能承擔(dān)一些空間科學(xué)實驗，如航天醫(yī)學(xué)科學(xué)實驗、空間技術(shù)實驗等等。
記者：美國和俄羅斯也都掌握了交會對接技術(shù)，天宮一號和他們的目標飛行器相比，是否有一些過人之處?
龐之浩：天宮一號發(fā)射升空之后，要先后和三艘飛船完成交會對接，這比美俄都要節(jié)省。為什么呢?因為國際上交會對接都是用兩艙飛船，一一對應(yīng)，每次交會對接實驗，都要發(fā)射兩個航天器，進行三次交會對接，就得發(fā)射六個航天器。天宮一號不一樣，一個目標飛行器進行三次對接，只需要發(fā)射四個航天器就夠了，可以節(jié)省兩次發(fā)射成本，而且還縮短了研制周期。
建空間站交會對接技術(shù)先行
記者：交會對接是我國載人航天“三步走”戰(zhàn)略中的第二步，交會對接為什么如此重要，要單獨作為一步來實施?
龐之浩：我國載人航天工程的近期目標，是建成有較大規(guī)模的、長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運載。
空間站就像一座大廈，無論火箭還是航天飛機，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載到太空軌道，再通過交會對接技術(shù)組裝到一起。所以，交會對接是建立空間實驗室的基礎(chǔ)，沒有交會對接技術(shù)，就不可能建成空間站。
其實不僅是空間站需要，今后載人登月，也需要交會對接技術(shù)。
天宮和神八“接吻”口型相同
記者：天宮一號和神八要在太空軌道上對接在一起，面臨的最大難題是什么?
龐之浩：交會對接首要的難度在于航天器都在高速運行，時速都在上萬公里。特別是在近距離交會時，目標飛行器和飛船的速度、相對位置都要控制得非常精確，否則就可能錯過、追尾甚至碰撞。
記者：天宮一號和神八要經(jīng)過哪些步驟，才能最終對接成整體呢?
龐之浩：天宮一號和神八是先后發(fā)射升空的，交會對接之前，兩個飛行器都各自繞著地球軌道運行。交會對接分四個步驟完成，地面引導(dǎo)、自動尋地、最后逼近與交會對接。
前面兩個步驟，由地面運用雷達及GPS給出遠程導(dǎo)引，使兩個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、對接敏感器等繼續(xù)靠近，實現(xiàn)最后逼近。
最后的交會對接，美國常常采用航天員手動方式控制近距離交會對接，俄羅斯則更多用自動方式，自動失敗后再采用手動。天宮一號和神八將采用自動對接，就是依靠各自的傳感器建立雙向?qū)Ш?，最終對接在一起。
記者：對接口就像兩張嘴巴一樣，天宮一號和神八的“太空之吻”實在驚艷。
龐之浩：的確，天宮一號和神八的對接采用的還是目前比較先進的異體同構(gòu)模式，天宮一號和神八對接口的結(jié)構(gòu)都一樣。還有一種是“桿-錐”式結(jié)構(gòu)，一個航天器的對接口內(nèi)是接收錐，另一個航天器上裝有對接碰撞桿，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)勢在于，沒有誰主動被動，這有利于救援;其次，異體同構(gòu)的對接口，可以做得比“桿-錐”對接口的直徑大，因而更加暢通，適宜大質(zhì)量航天器間對接。
完成對接試驗任務(wù)后“分手”
記者：天宮一號只有兩個對接口，卻要先后與神八、神九和神十對接，是不是每次對接之后還要分離?
龐之浩：完成對接試驗任務(wù)后，天宮一號和飛船會分離。分離也是交會對接實驗內(nèi)容的一部分。相比交會對接而言，分離要容易一些，但在高速度、近距離的分離過程中，兩個航天器也存在碰撞的風(fēng)險。至于對接之后多長時間再分離，這個要根據(jù)交會對接實驗的需要來決定。
記者：目前國際上哪些國家已經(jīng)掌握交會對接技術(shù)?中國的交會對接技術(shù)處于何種水平?
龐之浩：目前完全獨立掌握空間交會對接的只有美國和俄羅斯，歐洲和日本則部分掌握了該技術(shù)。比如歐洲的自動轉(zhuǎn)移飛行器，一種大型的貨運飛船，運的東西多，能裝載七八噸，它采用俄羅斯的交匯對接技術(shù)，近距離通過激光確定其距離、位置、姿態(tài)和速度。
如果我國突破了交會對接技術(shù)，則將成為世界上第三個完全掌握交會對接技術(shù)的國家。
記者：自從上世紀70年代以來，人類已經(jīng)發(fā)射升空10個空間站。和這些空間站相比，天宮一號處于什么水平?
龐之浩：嚴格意義上講，天宮一號還算不上是空間站，它只是一個簡易的空間實驗室。天宮一號和其他空間站的區(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5至10年，或者更長，航天員每次在軌時間多在100天以上。其次，空間實驗室空間小，對接口少，沒有擴展能力。而且空間實驗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飛船定期補給。
從重量上比較，天宮一號只有8噸，前蘇聯(lián)發(fā)射的第一個空間站“禮炮1號”也有近20噸。今年建成的國際空間站已經(jīng)是第四代空間站，總重量高達400多噸。
[背景]
國際空間站已經(jīng)進入第四代
記者：國際空間站已是第四代空間站，空間站的劃代標準是什么?
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，劃代的標準主要是根據(jù)空間站的結(jié)構(gòu)和體積。
前蘇聯(lián)發(fā)射的“禮炮1號”到“禮炮5號”屬于第一代空間站，這5個空間站都只有一個對接口，可與“聯(lián)盟”號載人飛船對接，人貨混裝，航天員和補給物資都從這個對接口進入空間站。它們的重量也都相當，約19噸，長16米，只有一個對接口。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、7號”為代表。這一代空間站不僅相對更大些，而且出現(xiàn)了兩個對接口，一個與聯(lián)盟號載人飛船對接，另一個用于不載人貨運飛船對接，用于軌道加油和往返運送試驗設(shè)備、試驗物品，實現(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”空間站，屬于第三代空間站，從兩艙結(jié)構(gòu)發(fā)展到多艙，對接口也達到6個。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”號總重量達123噸，工作容積400立方米。“和平”號在1999年8月前接待過多批宇航員，按計劃在2001年3月退役墜毀。
今年剛建成的國際空間站，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、實驗艙、太陽能電池板、移動服務(wù)系統(tǒng)及站外暴露試驗設(shè)施都安裝在這根“大梁”上，各艙段之間還通過球形節(jié)點艙連接。(楊育才)
龐之浩簡介：
現(xiàn)為中國空間技術(shù)研究院研究員，《國際太空》雜志編審/副主編，中國宇航學(xué)會會員，中國空間科學(xué)學(xué)會空間探測專業(yè)委員會委員，中國遙感應(yīng)用協(xié)會專家委員會委員，中國科普作家協(xié)會會員，《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。
{{item.content}}