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沈 秋
近日，中國先後發射的「天宮一號」目標飛行器與「神舟八號」飛船在太空順利交會對接，形成組合體。組合體飛行12天後，進行第二次交會對接。組合體運行結束後，飛船返回地面，「天宮一號」則升軌至自主飛行軌道，轉入長期運行管理模式，等待下次交會對接。
空間交會對接技術是指兩個航天器在空間軌道上會合並在結構上連成一個整體的技術。廣泛用於空間站、空間實驗室、空間通信和遙感平台等大型空間設施在軌裝配、回收、補給、維修以及空間救援等領域。到目前為止，只有美國和俄羅斯掌握完整的交會對接技術，歐洲的ATV和日本的HTV在交會對接技術方面分別得到了美國或俄羅斯的技術支持。
中國是第二個生產對接機構的國家
中國從載人航天工程之初，就同步開展了交會對接技術的論證工作。為再現天上的對接過程，數千次的模擬試驗表明，該試驗系統的真實性、精確性與重複性已達到世界領先水平。整個研製之路長達16年之久。「天宮一號」的對接機構共有118個感測器進行測量，5個控制器接發指令，上千個齒輪軸承進行力和運動的傳遞，通過14個電機和電磁拖動機構進行動作，數以萬計的零件和緊固件組成複雜的、機電一體化的周邊式對接機構，中間留有直徑800毫米的人孔通道。中國是除俄羅斯之外的第二個生產對接機構的國家。據中國航天科技集團公司相關專家介紹，「神八」與「天宮一號」的對接過程是，「天宮一號」以約8公里/秒的速度在飛，「神舟八號」追上去，然後兩者連接在一起，不僅要嚴絲合縫，還要把液、電、氣通上。
空間交會對接主要有三個方面的作用——是用於大型空間設施的建造、運行和維修；二是用於為長期在軌運行的空間設施提供物資補給、人員運輸和空間救援；三是用於登月和深空探索等航天任務。
中國航天發射成功率約為94.4%
眾所周知，交會對接過程是舉世公認的航天技術瓶頸，國外航天器在空間交會對接過程中就曾失敗，如俄羅斯「進步M3-4」飛船與「和平」號空間站在對接過程中就曾「相撞」。近期，國際上的航天發射活動相繼出現了一些挫折，再次說明了航天發射活動具有較高風險性。空間飛行器交會對接是航天領域公認的技術難關，在國際上已經進行的交會對接任務中，包括近期國際空間站的一些對接任務，都不是一帆風順的。據統計，1990年以來，世界航天發射1,600多次的成功率約為93.7%，其中，中國航天近130次發射成功率約為94.4%。
與美、俄早期交會對接試驗不同的是，中國航天科技人員專門研製了「天宮一號」目標飛行器，在技術、經濟等方面更具優勢：一是目標飛行器可支援多次交會對接，減少發射次數。二是目標飛行器按後續空間實驗室的要求設計，可在完成交會對接任務的同時，驗證部分關鍵技術。三是還可同時開展科學實驗和技術試驗。
與中國載人航天工程前期任務相比，首次交會對接任務特點首先是技術要求高。發射飛船的運載火箭入軌精度指標比過去有大幅提高；另外，在軌壽命要求大幅提高。二是採用了很多新技術。這次首次採用了火箭的迭代制導技術，以及組合體控制和管理技術等。三是驗證難度大。由於受地面環境和試驗條件限制，部分新研設備在空間環境下的功能性能指標無法得到全面真實的驗證，還需要通過飛行試驗來考核。四是任務的組織實施更為複雜。此次任務持續時間長，發射次數多，對於任務的時效性、整體性和關聯性很高，交會對接過程關鍵事件很多、決策點很多，對任務組織指揮、各系統協同工作提出了前所未有的挑戰。
中國首次空間交會對接試驗面臨著同樣的高風險。新聞發言人武平表示，在安全方面科技人員作了艱苦的努力，採取了以下措施。一是對飛行產品的研製、生產和測試進行嚴格的品質把關；二是對交會對接方案進行了充分的地面仿真與試驗驗證；三是針對有可能的故障模式，分別對「天宮一號」和「神舟八號」制訂了200多種故障預案，同時加強了故障處置演練。特別是「實踐十一號04星」發射失利後，由於發射「天宮一號」的「長征二號F」火箭與發射失利的「長征二號丙」火箭為同一系列，出於安全考慮，及時調整了「天宮一號」的發射計劃，針對失利火箭的故障原因對「長征二號F」火箭採取了改進措施，並開展全面的質量複查，以確保此次「神八」發射的萬無一失。
載人航天工程三步走發展戰略
按照我國載人航天工程三步走發展戰略，在今年完成首次交會對接任務後，後續任務的規劃是：2012年底前，完成無人和載人空間交會對接試驗，突破和掌握飛行器空間交會對接技術。2016年前，研製並發射空間實驗室，突破和掌握空間站關鍵技術，開展一定規模的空間應用。2020年前後，我們將研製並發射自己的空間站，這是由一個核心艙和兩個實驗艙組成，在軌組裝成本體品質60噸級載人空間站，通過空間站的建設，突破和掌握載人空間站建造和運營技術、長期載人飛行技術，並開展較大規模的空間應用。
中國科學技術大學地球和空間科學系胡友秋教授認為，空間站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，就可以培育出各種各樣的蔬菜，對農業會有很大的好處；在工業方面，還可以製造出在地球上製造不出來的材料；另外，還有導航，比如GPS定位可以大大方便人們的出行。除此之外，還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，當地球上發生地震、海嘯或火山噴發等事件時，空間站上的太空人可以及時調整遙感器的各種參數，以獲得最佳觀測效果。
據了解，按照工程交會對接階段的任務規劃，「神八」之後的「神九」會不會載人，要等到「神八」成功之後對任務全面評估才能決定。「神十」計劃是載人飛行。目前，執行交會對接任務的太空人乘組已完成了初步選拔，太空人正在按計劃開展任務訓練，訓練的重點是手控交會對接技術。另據透露，中國首次選拔的女太空人也正在進行交會對接任務訓練，相信在不遠的將來，大家將能欣賞到中國首位女太空人在太空飛行的英姿。(轉載自《紫荊》雜誌11月號，本報有刪改)
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