科學講堂:構築天宮必須要通過交會對接關

2010/9/1   (6129)   原稿來源: http://big5.ce.cn/gate/big5/sc

中國載人航太工程新聞發言人日前表示，我國載人航太工程第一個空間交會對接目標——天宮一號目標飛行器，已完成總裝全面轉入電性能綜合測試階段。該飛行器將於2011年發射進入預定軌道，之後將發射神舟8號飛船與之交會對接

■建造大空間站

必須要過交會對接關

神舟7號的上天，已經實現了我國首次航太員出艙活動，突破了艙外航太服，以及與出艙活動相關的一系列關鍵技術。

明年將發射的“天宮1號”、及隨之相繼上天的神舟8、9、10號飛船，這一系列動作將實現我國載人航太工程新的突破。其中的核心就是突破航太器在軌的交會、對接技術。它是構築太空實驗室、規模更大的太空站、以至進一步實現載人登月、登火星等一系列未來工程所必須逾越的一步。

構築具有一定規模的太空設施，如歐美等16國正在軌道上聯合組建的“國際空間站”，其總重量超過400噸，至今尚沒有能一次將它送上太空的大推力火箭。它的總面積差不多一個半足球場大，試想，一發運載火箭的頭部要包容如此大的載荷，將如何組裝、運輸、豎到發射塔架旁發射上天？合理、可行的辦法就是將它一部分一部分地發射上去，在運行軌道上組裝成整體。這就必須通過航太器在軌的交會、對接來操作實施。

因此說，掌握航太器在軌的交會、對接技術，是進一步推進航太事業必須克服的技術關鍵。

■比子彈出膛速度快8倍

對接難度可想而知

交會對接，就是使兩個分別發射的飛行器在運行軌道上會合，最終連接成為一個飛行器。一般是先將目標飛行器發射入軌，精確測定運行軌道，當其飛經待發飛行器發射場上空時，擇機發射，使後者與前者運行在相同的軌道上，即相同的高度、速度和軌道傾角，而且兩者相距控制在幾千米至十幾千米的範圍內。然後，依靠飛行器本身的機動能力使兩者逐漸接近、連接成一體。由此可見，這比攔截、擊中飛行器的過程更為複雜，要求也更高。

近地軌道飛行器的運行速度,差不多是子彈剛出槍口時速度的8倍，要使如此高速的兩個物體在幾百千米的高空會合、同步飛行，必要的前提是運載火箭的控制精度和飛行器軌道精確測量技術已經過關。而交會、同步飛行則是最終實現對接的前提條件。要使兩個高速飛行器的對介面能安全、準確地連接在一起，還需要解決穩定而精確的姿態控制技術，可靠可控的機動技術，以及精確定位、瞄準的對接裝備。對接過程中，定位、控制不當，致使擦碰或連接後留有扭曲力矩等，都會產生嚴重後果。

初期，對接過程中曾用雷達來測量定位，現在是用鐳射加上視頻等來捕獲定位，人和自動設備結合則更有效。當代成熟的技術，可使兩船接近的速度控制在每秒鐘約5釐米左右；捕獲定位的精度可達2-3毫米。若像國際空間站、穿梭機那樣裝有電腦和人為可控的機械臂，也可用其實現抓獲對接。

■未來太空活動

樣樣離不開交會對接

太空站構建時須用交會對接技術，建成後維持正常運行也離不開交會對接。如用無人飛船定期輸送燃料、食物及保證航太員正常生活、工作的各類必需品；用載人飛船分批接送航太員等。

載人登月、登火星、登陸小行星等活動，穩妥的方案是在有人登陸的同時，還有人留守在繞軌飛行器內，以便於登陸艙起飛後與軌道艙交會對接，再一起返回地球。

昂貴的應用衛星，經常由於機動調軌調姿的燃料耗盡或部件小故障而影響使用壽命。利用交會對接技術，可對其進行補給或修理。穿梭機甚至可以把哈勃太空望遠鏡“抓”回地面進行維修。

靜止軌道只能容納360顆衛星同時工作，現在已經沒有多餘的星位分配給各國了，也可用交會對接技術對其補給而延長壽命，或把失效的衛星推向“墳墓”軌道而空出位子來。

在未來的反衛星等太空對抗中，交會對接技術無疑更會大有用武之地。

■突破交會對接技術

我國航太事業將入新天地

我國業已宣佈，將在明年上半年先把約8噸重、具有多個對介面的無人飛船“天宮1號”發射入軌，作為目標飛船，下半年發射神舟8號與它交會並對接。之後再相繼發射神舟9、10號載人飛船與它交會、對接。這意味著我國將在已有成果的基礎上，用較短的時間，一鼓作氣地突破交會、對接和連接成多體太空飛行平臺等關鍵技術。

目標飛船本身就具備進行太空科學與應用試驗條件，與多艘神舟飛船對接後，實際上已構成我國第一個初具規模的太空實驗室。在神舟1至7號飛船上，已經開展了對地觀測，空間環境，空間天文，微重力流體物理、材料科學、生命科學等觀測和實驗。相比之下，由於空間實驗室運行時間較長，飛船資源及航太員精力都可更多地滿足科學任務的需要，這將對科學目標的確定、為有效載荷的設計研製創造更為有利的條件，航太員的飛行任務中也可更多地包含有人照料的科學實驗。此外，還可在上面開展更先進的自迴圈生保系統、環保系統等的試驗。

我國新型大推力運載火箭研製的順利推進，海南新發射場的投入使用和新一批男、女航太員的選拔培訓，為我國從空間實驗室向構建更大規模太空站的過渡提供了保證。當然，為面對和適應新的目標任務，對新老航太員也提出了新的更高要求。例如，航太員不僅要熟練新型飛船的操作控制，適應長時間、多任務的太空飛行，還需對新的科學和技術實驗有一定的了解，在太空按預定計劃進行照料，或通過船-地信道，根據地面要求進行實時操作控制。

我國2006年發佈的航太白皮書中所列近期主要任務之一是：載人航太實現航太員出艙活動，進行航太器交會對接試驗；開展具有一定應用規模的短期有人照料、長期在軌自主飛行的空間實驗室的研製，開展載人航太工程的後續工作。太空科技不是孤立的，它的發展必將帶動一系列科技以及經濟的發展，同時也將增強我國開展雙邊和多邊平等互利的國際合作的實力。

中國科學院老科學家科普演講團成員原載人航太工程應用系統副總指揮潘厚任

鏈結

人類最早的航太器交會對接試驗

前蘇聯于1962年8月12日首次試驗了“東方3號”和“東方4號”飛船的太空交會，1963年6月16日再次用“東方5號”和“東方6號”進行交會。兩船相距達5千米，都沒有實現對接。美國最早在1965年12月15日用“雙子座6A”飛船，與“雙子座7號”飛船實現會合，並靠機動飛行，使兩者相距縮小至30釐米，也未實現對接，因為當時飛船未備對接功能。

1966年3月16日，美國用“雙子座8號”飛船，與無人的“阿吉納8”目標飛行器實現了首次太空交會並對接。前蘇聯則在1967年10月30日用“宇宙186號”和“宇宙188號”飛行器實現了自動對接。1978年1月，前蘇聯用“聯盟26號”和“聯盟27號”與“禮炮6號”太空站構成了3體相連的太空飛行平臺。