对接:迈向空间站时代

“天宫一号”与“神舟八号”之间的交会对接步骤是先“交会”再“对接”，即先找到目标，然后靠近，最后完成对接。

天宫一号与“神八”属于无人交会对接，是我国首次空间交会对接试验，是继突破载人航天飞船天地往返和航天员空间出舱活动技术后，我国组织实施的又一重大科技实践活动。

关键技术：“空间交会对接”

建设实现空间站的关键技术是“空间交会对接”。两个或两个以上的航天器通过轨道参数的协调，在同一时间到达太空同一位置的过程称为交会。对接是在交会的基础上，通过专门的对接机构将两个航天器连接成一个整体，实现两个航天器在太空交会对接的系统，称为交会对接系统。

空间交会对接技术难度很大，因为空间实验室体积都比较大，发射空间实验室的时候不载人，人是后来通过航天飞机或者飞船送上去的。人要进入到空间实验室，航天飞机或飞船就必须和空间实验室对接起来。这个难度很大，在太空中的空间实验室和航天飞机都是高速运行的，时速到达28000公里以上，在对接过程中，如果计算不准，就可能发生飞船相撞事故。

交会对接根据航天员介入的程度和智能控制水平可分为手控、遥控和自主三种方式。具体的方法一般是先将目标飞行器发射入轨并精确测定其运行轨道，当其飞经待发飞行器发射场上空时，通过择机发射使后者与前者运行在相同的轨道上，并且将距离控制在一定范围内，随后再依靠飞行器本身的机动能力让两者逐渐连为一体。

“交会对接”成功无疑是达成战略目标的关键，而这是举世公认的航天技术瓶颈，在国外载人航天活动早期，航天器在空间交会对接过程中就曾失败过。比如，俄罗斯“进步M3-4”飞船与“和平”号空间站在对接过程中“相撞”。

对于我国的交会对接技术实力，神舟飞船原总设计师戚发轫说，“神舟”系列飞船从“神舟”八号开始有了许多技术改进，成为一种崭新的天地往返飞行器。其中，交会对接功能是其最主要的特色，航天员可以根据电视图像操纵飞船，使其紧跟目标飞行器。

空间交会对接控制方法有两种，一种是人工控制、另一种是自动控制。用人工控制来完成太空交会对接可以提高交会对接的成功率。自动控制交会对接可靠性特别高，不需考虑人员的安全和救生问题。在航天器的交会对接技术方面，未来的发展趋势是人工控制和自动控制相结合，以提高交会对接的灵活性、可靠性和成功率。

天宫一号、神舟八号交会对接任务，是我国首次空间交会对接试验，是继突破载人航天飞船天地往返和航天员空间出舱活动技术后，我国组织实施的又一重大科技实践活动。交会对接任务重点在飞控，关键在飞控，难点也在飞控。

“太空会面”，对接前的严峻考验

“神八”的升空，是为了与天宫一号实施我国首次空间交会对接任务。要成功实现交会对接任务，“神八”必须精确瞄准天宫一号，力争在天宫一号运行到距离飞船入轨点最近的时候发射升空，在最经济的方式下到达和天宫一号飞行的同一个角度的轨道上。而一旦发射时间不准确，会带来许多严重的后果。如果将“神八”偏离发射时间会带来偏差，这些偏差都需要飞船在轨飞行时依靠自身能量修正，代价是要消耗推进剂，成本极高。

那么，天宫一号在与神舟八号飞船进行交会对接之前，天宫一号的太空之旅将会经历哪些严峻考验？

发射入轨 这是天宫一号飞行的起点，也是最基本的一步。发射后天宫一号与火箭正常分离，进入轨道。

据专家介绍，在载人航天飞行中，火箭点火、起飞，飞船上升和返回阶段，出现重大故障的可能性比较大。

发射天宫一号的长征二号FT1运载火箭从外到内焕然一新，进行了176项技术改进，应用新技术20余项，运载能力和入轨精度都有较大提高。为适应发射天宫一号的要求，发射场也进行了100多项技术状态更改，以保证天宫一号顺利发射，进入轨道。

帆板展开 天宫一号发射后2分钟左右，太阳能帆板展开工作启动。此刻，飞行器的帆板将会展开。

作为飞行器能源的来源，帆板能否正常展开进行发电，是进行后续任务的关键。先后展开的还有中继卫星的天线。

在轨测试 从发射上天到与神舟八号进行“浪漫一吻”，天宫一号要进行严密的在轨测试，检查各个分系统的功能、状态是否正常，是否能够满会对接的需要。

在轨测试要持续约一周时间，测试后，要对测试结果进行评估。如果天宫一号的在轨状态没问题，神舟八号就可以进行推进剂加注并择机发射，以完成后续任务。

为保证天宫一号任务顺利实施，技术人员准备了大量的、详细的预案，一旦出现问题，将按照预案采取相应措施。

准备对接 在神舟八号飞船发射前，天宫一号要为迎接“访客”做好准备：为保证交会对接顺利进行，天宫一号要降低轨道、调整相位，以达到合适的高度、合适的位置。

同时，由于天宫一号的对接机构朝向后面，在飞船发射前，天宫一号还要调头过来进行“华丽转身”，等待飞船“追”过来完成交会对接。

虽然天宫一号是以无人状态进入太空，但在准备对接阶段，舱内环境，如温度、压力等，都要按照载人条件进行调整，为未来进行载人飞行进行验证。

对接机构，四种对接及四大难点

交会与对接既离不开测量系统，也必须有对接机构，二者缺一不可。按不同的结构和原理，空间对接机构有四种：

“环-锥”式机构 “环-锥”式是最早期的对接机构，它由内截顶圆锥和外截顶圆锥组成。内截顶圆锥安装在一系列缓冲器上，使它能吸收冲击能量。这种结构曾用于美国的“双子星座”飞船与“阿金纳”火箭以及美国“双子星座”飞船之间的对接等。

“杆-锥”（也叫“栓-锥”）式机构 “杆-锥”式是在两个航天器对接面上分别装有栓和锥的对接机构，即一个航天器的对接机构内装有接收锥，另一个航天器上装有对接碰撞杆，在对接时，碰撞杆渐渐指向接收锥内，接收锥将杆头锁定。由于这种对接结构不具备既有主动又有被动的功能，所以不利于实施空间营救。苏联/俄罗斯“联盟”飞船与“礼炮”号空间站、“联盟TM”飞船与“和平”号空间站，美国“阿波罗”登月舱与指令舱等的对接，都曾采用这种对接机构。

“异体同构周边”式机构 “异体同构周边”式对接机构可以克服“杆-锥”式机构的缺点，因为它满足了下面两个要求：一是对接机构为异体同构，使航天器既可作主动方，也能作被动方，这一点对空间救援特别重要；二是对接机构必须是周边的，即所有定向和动力部件都安装于中央舱口的四周，从而保证中央成为来往通道空间。苏联“联盟-19”飞船与美国“阿波罗-18”飞船、航天飞机与“和平”号空间站、航天飞机与国际空间站等对接，都采用这种对接机构。其中，航天飞机与国际空间站的对接虽然仍采用“异体同构周边”对接机构，但增加了先进的综合测量系统，包括GPS导航接收系统、数据跟踪与中继导航与通信接收系统、微波交会雷达系统、激光对接雷达系统、光学对接摄像系统等，此外，还包括航天员显示装置（空间六分仪、望远镜、显示器、荧光屏等）。

“抓手-碰撞锁”式机构 “抓手-碰撞锁”式是欧洲、日本研制的十字交叉和三点式对接机构。这两种机构实际上性质相同，只是布局上的差别。前者在周边布置四个抓手与撞锁，后者在周边布置三个抓手与撞锁。这两种对接机构都是无密封性能、无通道口的设计，适合与不载人航天器之间的对接，如无人空间平台、空间拖船等。

对接机构技术的四个难点 一是如何保证两个飞行器相撞时“不撞坏、不弹开”，软硬适度；二是如何保证很多相互矛盾的动作（如推-拉、合-分等）组合在一起具有高可靠度；三是许多复杂的产品要协调安装于周边，中间留出人孔通道，如何实现系统集成；四是如何在地面充分试验、模拟天上微重力情况下的对接分离过程。

已在地面对接试验1101次 我国采用了导向板内翻式的异体同构周边式构型，对接机构所有的仪器设备都安装在周边，中间留了直径800毫米的人孔通道，宇航员和货物就是从这个通道运送。针对对接机构的技术难点，研制队伍进行了长达16年的科技攻关，对接机构已经在地面上进行1101次对接试验、647次分离试验。

天宫一号倒飞，“待吻”神八

神八发射前一天天宫需掉头 “神八”和“天宫一号”要成功对接，首先两者在太空的飞行姿态都要有所改变。在“神八”发射前一天，“天宫一号”将在地面测控人员的精确测控下，需要翻转180°，即需要掉头，将对接机构的一头朝向“神八”飞来的方向。

首先是变轨。“神八”发射入轨后，必须经过两天的轨道测试，数次变轨，才能到达天宫一号的飞行轨道。随后，“天宫一号”会逐渐从350公里的近圆轨道自然降到345公里的轨道面，在这个运行轨道上等待“神八”的到来。

其次是速度。大家可能认为“神八”要对接天宫一号，必然得加速追上天宫一号才能对接，其实不然，就像汽车在高速公路上行驶一样，加速只能导致追尾，酿成车祸，要想安全对接，“神八”必须进行减速。

天宫一号的速度将一直维持在28440公里/小时，如同运动员在比赛中一样，跑在最后的选手慢慢就与跑在第一名的选手碰上了。“神八”进入轨道正常的运行速度也是每小时28440公里，但是在计划对接后，“神八”就要将速度慢慢调节到27000多公里/小时。

这样一圈一圈慢慢就与天宫一号的距离缩短了。当“神八”与天宫一号之间的距离只有20公里时，两者身上装置的许多近程敏感器就会发生作用。随着距离越来越近，敏感器就会感知到对方的存在，传回地面的控制数据就会越来越精确，以便于地面测控人员的测控。

第二次对接后神八再飞半个月 “神八”升空进入轨道只需要大约半小时。进入轨道后测试轨道需要约两天的时间，如果一切正常，“神八”可以开始尝试减速，准备对接。减速需要一到两天的时间。

当两者之间运行到距离1公里以内时，就可以考虑对接了，对接时相对速度不能超过0.2米每秒，横向偏差不能超过18厘米。“神八”在接近天宫一号的同时，将四次“刹车”，最后以0.2米每秒的相对速度与天宫一号“合体”。只有准确对接，“神八”通过很多把锁紧紧绑住天宫一号，对接舱门才能打开，宇航员就可以从“神八”迈向天宫一号。

据专家透露，“神八”在与“天宫一号”对接10天之后，将进行分离，随后进行第二次对接，继续飞行半个月后，“神八”飞船将完成使命返回地球。

对接后组合体只受天宫“管理” 天宫一号和“神八”对接后，两个飞行器有两个发动机，但是不能同时使用。两个发动机喷管都在两者的“屁股后面”，且朝着相同的方向转动，但对接时，“神八”和天宫一号是“头对头”，这样一来，两者的发动机喷管转动方向就正好相反，如果两个发动机同时使用，必然出现一个向左一个向右的结果，“新组合体”就没法动了。所以“对接成功后，‘新组合体’只能使用其中一个的发动机作为动力装置”。届时要使用的是天宫一号的发动机，因为对接成功后，“神八”飞一段时间就返回地球了，天宫一号则要继续在轨道上运行。如果“新组合体”使用“神八”的发动机，那天宫一号的发动机就得暂时关闭，等到“神八”返回地球后，天宫一号的发动机还要重新启动。在整个对接过程中，其实天宫一号都处于主导地位，不仅与“神八”对接，将来还会与“神九”、“神十”对接。所以“新组合体”将用“天宫一号”的发动机作为动力装置。

飞船发射，多项技术已更新

飞船技术更新绝不是简单重复 据北京特种工程设计研究院总工程师孙雅度介绍，为了确保神八发射成功，发射场对诸多技术和设备进行了更新升级。新的设备和技术使得航天发射的可靠性大大增强，同时发射的准备时间也大大缩短。“这次任务中的天地话音系统是新研制的设备，比神七更进了一步。”由于采用光纤传输取代了以前使用的无线传输，从而避免了多径效应干扰，使得待发段的语音和画面质量更加清晰。

发射场系统还新建了加注扣罩厂房，优化了船箭联合体的测试流程，使得整流罩扣罩程序由两次扣罩简化为一次扣罩，不仅缩短了发射准备的时间，还提升了安全性。另外，作为一项基础工程，发射场系统还进行了信息化升级，对地面设施设备加强了在线监测工作。“检测参数比以前多了20%，获得信息更丰富了，从而对设施设备状态的判断也更加准确。”

神八装有逃逸塔，若遇险能带航天员逃生 神舟八号飞船为改进型载人飞船，具备自动和手动交会对接功能，发射升空后将与天宫一号目标飞行器进行交会对接，突破和验证组合体工作模式，并将开展空间科学实验。

据悉，发射神舟八号的长征二号F遥八火箭是在长征二号F火箭的基础上进行了多项改进，提高了运载能力和入轨精度。与发射天宫一号的长征2F火箭不同，此次即将发射神舟八号的火箭装上了逃逸塔，在火箭发射升空前后，如果出现意外情况，逃逸塔会立即与火箭脱离，并打开降落伞载着航天员逃生。

神舟八号飞船装载的逃逸塔内部直径有3.3米，这样的宽度可以容纳3名宇航员。

交会对接犹如“穿针引线” 交会对接技术与载人天地往返、出舱活动并称载人航天领域的三大基本技术。然而，交会对接技术难度之大或许超过大多数人的想象。

交会对接犹如“穿针引线”，两者连接在一起，不仅要严丝合缝，还要把液、电、气通上。曾有专家说，这就好像上面放了一根针，底下用一根线，差了几百公里，最后要拿那个线去穿过那个针眼，非常困难。

首次交会对接任务如果成功，将意味着继美、俄之后，中国成为第三个独立掌握交会对接技术的国家，为我国今后开展更大规模的空间探索奠定扎实的技术基础。

中国空间站将向全世界开放

中国载人航天工程总设计师周建平对这次中国未来空间站建设及载人航天工程的发展及意义进行了全面解读：

中国空间站将向全世界开放 未来空间站由三个舱段组成，重量大概在60吨量级，加上载人飞船和货运飞船将达到80多吨，这个规模能够满足我国空间科学研究的急需。当然，我们的设计留有扩展余地，将来可以根据经济和科技发展水平增加舱段。

中国的空间站不仅将给中国的科学家提供空间科学研究场所，也会通过各种国际合作为其他国家科学家提供平台。通过空间科学研究获得的新知识应该是人类共同的财富，让全世界都能受益。

太空竞赛不会再次上演 我想，当年美苏的太空竞赛不会再次发生，但世界各国在不同领域的竞争一直存在。本着和平利用太空的目标、为人类文明发展去竞争是好事，但我们坚决反对某些利用太空作为威胁手段的企图。

中国航天发展快，发射成功率高 对于“国外曾有声音质疑中国航天发展步子迈得太快”的问题，周建平透露，“我们这些年的发展的确很快，但这是相对于过去规模小、发展慢而言的。目前我国经济规模居世界第二，如果把航天看成一个工业体系，与国家经济同步发展也是正常的。更重要的是，我们在发展快的同时高度重视可靠、安全。虽然也有过失败，但中国航天十几年来的发射成功率在全球是比较领先的。

我国20年来载人航天投入不及美国一年的投入 据周建平介绍，近年来，美国NASA每年的预算大概在170亿到180亿美元，超过一半用于载人航天，俄罗斯不断加大投入，欧洲和日本也保持了平稳发展的态势。我国载人航天发展近20年来，花费约为350亿元人民币。中国航天目前的规模是适度的，并没有超越国家经济和社会发展的需求，而是脚踏实地一步步按照科学规律办事。