10月31日上午，天宮一號(hào)/神舟八號(hào)交會(huì)對(duì)接任務(wù)總指揮部在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心舉行新聞發(fā)布會(huì)，中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人武平宣布，經(jīng)任務(wù)總指揮部研究決定，將瞄準(zhǔn)11月1日5時(shí)58分發(fā)射神舟八號(hào)飛船。
神舟八號(hào)飛行主要任務(wù)是：發(fā)射神舟八號(hào)飛船，與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器進(jìn)行我國(guó)首次航天器空間交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，突破和驗(yàn)證航天器自動(dòng)交會(huì)對(duì)接技術(shù);考核改進(jìn)后的神舟飛船和長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭的功能和性能，以及工程各系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性;驗(yàn)證組合體工作模式，并開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。神舟八號(hào)飛船不載人。
中國(guó)工程院院士、中國(guó)載人航天飛船原總設(shè)計(jì)師、現(xiàn)任中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院飛船總設(shè)計(jì)師技術(shù)顧問戚發(fā)軔解釋，兩個(gè)或兩個(gè)以上的航天器通過軌道參數(shù)的協(xié)調(diào)，在同一時(shí)間到達(dá)太空同一位置的過程稱為交會(huì);對(duì)接則是在交會(huì)的基礎(chǔ)上，通過專門的對(duì)接機(jī)構(gòu)將兩個(gè)航天器連接成一個(gè)整體。
通俗地講，我國(guó)此次交會(huì)對(duì)接任務(wù)的實(shí)質(zhì)就是：天宮一號(hào)以8公里/秒的速度在飛，神舟八號(hào)追上去，然后兩者連接在一起，不僅嚴(yán)絲合縫，還要把液、電、氣通上。曾有專家說，這就好像上面放了一根針，底下用一根線，差了幾百公里，最后要拿那個(gè)線去穿過那個(gè)針眼，非常困難。
在此之前，美、俄兩國(guó)已掌握了這項(xiàng)技術(shù)，并多次進(jìn)行航天器空間交會(huì)對(duì)接，其對(duì)接形式也多種多樣。但美國(guó)和蘇聯(lián)早期在實(shí)施航天器交會(huì)對(duì)接任務(wù)時(shí)，都有故障發(fā)生，造成任務(wù)失敗，甚至導(dǎo)致航天員傷亡。
為了完美上演“穿針引線”大戲，此次天宮一號(hào)采用了全新的測(cè)量設(shè)備，讓350公里軌道上的“神八”與天宮一號(hào)的一切“行蹤”盡在掌握。
瞄準(zhǔn)“零窗口”發(fā)射
武平介紹，為了迎接交會(huì)對(duì)接任務(wù)，神舟八號(hào)飛船在前期飛船基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大改進(jìn)。
“600多臺(tái)套設(shè)備中，一半以上發(fā)生了技術(shù)狀態(tài)變化。其中，新研設(shè)備約占15%�！蔽淦秸f，改進(jìn)主要集中在兩個(gè)方面：一是為了具備自動(dòng)和手動(dòng)交會(huì)對(duì)接功能，新增和改進(jìn)了一些設(shè)備;二是為了提高飛船的性能及安全性、可靠性，對(duì)部分系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，飛船具有了與目標(biāo)飛行器對(duì)接后�？�180天的能力。
武平說，這次交會(huì)對(duì)接任務(wù)瞄準(zhǔn)“零窗口”發(fā)射。
為了確保將飛船發(fā)射到與目標(biāo)飛行器共面的軌道，神舟八號(hào)必須在天宮一號(hào)軌道面經(jīng)過發(fā)射點(diǎn)后的一定時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火起飛，否則就需要消耗很多的推進(jìn)劑來修正兩者之間的軌道面偏差。
“這次任務(wù)中，提前4小時(shí)才能將發(fā)射時(shí)間精確到秒�！蔽淦秸f，隨著我國(guó)載人航天發(fā)射場(chǎng)能力的不斷提升，這種精確時(shí)刻的發(fā)射能夠?qū)崿F(xiàn)。
“兩個(gè)高速飛行的航天器在空間軌道上準(zhǔn)確會(huì)合，精度要控制在十幾厘米之內(nèi)，其難度和風(fēng)險(xiǎn)可想而知�！蔽淦秸f，空間飛行器交會(huì)對(duì)接是航天領(lǐng)域公認(rèn)的技術(shù)難關(guān)，風(fēng)險(xiǎn)很大。
武平說，神舟八號(hào)雖然是無人飛行，但這次飛行將對(duì)未來的載人任務(wù)進(jìn)行充分的技術(shù)驗(yàn)證和準(zhǔn)備。
按照工程交會(huì)對(duì)接階段的任務(wù)規(guī)劃，2012年內(nèi)將開展神舟九號(hào)、十號(hào)飛船與天宮一號(hào)的交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，其中至少有一次是載人飛行。
“雖然此次是無人飛行，但為明年的載人飛行做了大量準(zhǔn)備工作�！蔽淦脚e例說，航天員太空鍛煉設(shè)備、醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)和健康維護(hù)設(shè)備等已經(jīng)裝上了天宮一號(hào)。
交會(huì)對(duì)接“三大特點(diǎn)”
據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)公司載人航天工程辦公室主任童旭東介紹，和前7次載人航天工程任務(wù)相比，交會(huì)對(duì)接任務(wù)呈現(xiàn)出3個(gè)特點(diǎn)。
一是以前執(zhí)行的都是單項(xiàng)任務(wù)，而這次執(zhí)行的是“組合體”任務(wù)。根據(jù)工程計(jì)劃，交會(huì)對(duì)接任務(wù)將執(zhí)行4次發(fā)射任務(wù)：首先發(fā)射天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器，隨后相繼發(fā)射神舟八號(hào)、神舟九號(hào)和神舟十號(hào)與之進(jìn)行對(duì)接。
二是任務(wù)安排緊湊，型號(hào)研制時(shí)間緊張。在首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)中，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司承擔(dān)了5個(gè)飛行器和5發(fā)運(yùn)載火箭的研制工作。
從1999年的神舟一號(hào)到2008年的神舟七號(hào)，中國(guó)航天用了9年完成7次載人航天任務(wù)的研制發(fā)射工作，而現(xiàn)在僅要在1年多的時(shí)間內(nèi)，完成4次交會(huì)對(duì)接任務(wù)的組織發(fā)射。
三是在這次試驗(yàn)中，有很多技術(shù)驗(yàn)證工作很難在地面上充分驗(yàn)證。如何增強(qiáng)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別成為此次任務(wù)的一個(gè)難點(diǎn)。以前的7次載人航天任務(wù)的順利推進(jìn)都是建立在充分的地面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，而鑒于交會(huì)對(duì)接任務(wù)的特性，很多技術(shù)很難在地面上充分驗(yàn)證。
“舉例來說，飛行器上有一項(xiàng)激光雷達(dá)威力測(cè)試，但是受重力和大氣等眾多因素的影響，太空上的20公里和地面上的20公里不是一個(gè)概念。盡管地面試驗(yàn)已經(jīng)很充分了，但是仍然對(duì)太空缺乏了解。這使得此次任務(wù)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)更大�！蓖駯|說。
對(duì)接“四大步驟”
如果把首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)比做是一場(chǎng)“太空大戲”，那么神舟八號(hào)與天宮一號(hào)的對(duì)接無疑是此次演出的高潮。要想讓兩個(gè)重達(dá)8噸的龐然大物在距離地球350公里外的太空中實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接，就不能不提到飛行過程中的精確控制。
童旭東用形象的語言模擬出了神舟八號(hào)與天宮一號(hào)進(jìn)行對(duì)接的全過程。
在合適的窗口時(shí)期發(fā)射天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器后，天宮一號(hào)將在太空中等待隨后發(fā)射的神舟八號(hào)。在飛船發(fā)射前的21天，在太空中遨游的天宮一號(hào)將進(jìn)行降軌，并在對(duì)接前3天左右，做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作，靜候?qū)拥摹白罴褧r(shí)刻”。這時(shí)候，天宮一號(hào)和神舟八號(hào)即將在太空中完成4項(xiàng)“準(zhǔn)備動(dòng)作”。
首先要進(jìn)行的是“降軌調(diào)相”步驟。天宮一號(hào)的飛行姿態(tài)和準(zhǔn)備對(duì)接的姿態(tài)是不一樣的，在即將對(duì)接前，天宮一號(hào)需要利用大氣衰減的力量來降低軌道，從飛行狀態(tài)“轉(zhuǎn)換”成“對(duì)接”狀態(tài)，等待飛船的到來。其次要進(jìn)行“地面導(dǎo)引”控制，由地面控制系統(tǒng)對(duì)飛船進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，使得飛船能夠滿足自主控制的條件。第三個(gè)步驟至關(guān)重要，神舟八號(hào)飛船進(jìn)入自主控制階段，不斷接近天宮一號(hào)，滿足初始對(duì)接條件，飛船要選擇4個(gè)停泊點(diǎn)來進(jìn)行交會(huì)對(duì)接準(zhǔn)備，而其中最重要的是要在距離天宮一號(hào)140米處測(cè)試對(duì)接機(jī)構(gòu)傳感器，從而確定飛船的對(duì)接狀態(tài)是否已經(jīng)到位。最后一步就是對(duì)接，對(duì)接機(jī)構(gòu)按照捕獲、緩沖、拉近、鎖緊4個(gè)階段，完成神舟八號(hào)與天宮一號(hào)的對(duì)接。
值得一提的是，成功實(shí)施對(duì)接后，神舟八號(hào)和天宮一號(hào)要以“組合體”的方式在太空中飛行，并由天宮一號(hào)來實(shí)施對(duì)“組合體”的控制，按照計(jì)劃完成實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，神舟八號(hào)將返回地面，而天宮一號(hào)將繼續(xù)在太空中服役，等待下一次飛船的對(duì)接。此外，飛船還需要與目標(biāo)飛行器分開。為了確保萬無一失，設(shè)計(jì)人員分別在神舟八號(hào)和天宮一號(hào)的對(duì)接機(jī)構(gòu)上安置了火工裝置，確保如果出現(xiàn)故障，神舟八號(hào)與天宮一號(hào)能夠順利分離返回地面。
組合體飛行長(zhǎng)壽命運(yùn)行
首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)將填補(bǔ)中國(guó)航天的又一項(xiàng)空白。神舟八號(hào)與天宮一號(hào)進(jìn)行對(duì)接后，將在太空中以“組合體”的方式運(yùn)行�！斑@在中國(guó)航天從來沒有遇到過，‘組合體飛行’不僅體積大，而且很難控制。如何使組合體以規(guī)定的姿態(tài)運(yùn)行很困難，這將給姿態(tài)控制和軌道控制帶來很大難度�！蓖駯|告訴記者。
除了“組合體飛行”外，首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)將面臨“低軌道、長(zhǎng)壽命”的考驗(yàn)�！耙郧拜d人航天飛行一般都會(huì)幾天內(nèi)結(jié)束飛行，返回地面。而交會(huì)對(duì)接任務(wù)將持續(xù)兩年，天宮一號(hào)要在太空中飛行兩年的時(shí)間，這將給控制帶來不小的壓力。”童旭東告訴記者，由于低軌運(yùn)行，將會(huì)經(jīng)受原子氧、大氣阻力、地球磁場(chǎng)等一系列環(huán)境考驗(yàn)，這將對(duì)飛行器可靠性帶來一定的難度。
“預(yù)計(jì)從現(xiàn)在到2020年前后，中國(guó)航天將執(zhí)行20余次載人航天飛行任務(wù)。任務(wù)的高強(qiáng)度可想而知�！蓖駯|透露，在航天科技集團(tuán)承擔(dān)首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)的科研團(tuán)隊(duì)中，“80后”占了較大比例�！八麄冎薪话氲娜藦膩頉]有進(jìn)過發(fā)射場(chǎng)執(zhí)行任務(wù)，經(jīng)驗(yàn)相對(duì)不足。為了讓他們提前進(jìn)入工作狀態(tài)，‘兩總’系統(tǒng)專門安排了發(fā)射場(chǎng)合練環(huán)節(jié)，讓每個(gè)人對(duì)自己的工作做到心中有數(shù)�！�
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