太空之吻

錢煒

11月1日5時58分07秒，中國“長征二號F”遙八運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場點火起飛，將“神舟八號”飛船發(fā)射升空。13分53秒后，中國載人航天工程總指揮常萬全宣布：“神舟八號”飛船發(fā)射任務(wù)圓滿成功！至此，已經(jīng)飛行一個多月的中國首個目標(biāo)飛行器“天宮一號”開始靜靜等待著與“神舟八號”的“太空之吻”。

今年以來，國際航天界一片陰霾：俄羅斯遭遇了一年4次火箭發(fā)射失?。幻绹教祜w機計劃黯然終結(jié)使命；國際空間站宣告將于2020年停止運行墜入大海。在此形勢下，“天宮一號”與“神舟八號”的交會對接，讓人感到國際航天事業(yè)開始進(jìn)入“中國時間”。

至關(guān)緊要的一“吻”

“交會”“對接”，一個多月的時間里，一個萬眾矚目的航天項目讓這兩個詞成為家喻戶曉的熱詞。

空間交會對接如何進(jìn)行？“天宮一號”和“神八”先后發(fā)射到太空，在交會對接之前，二者都各自繞地球軌道運行。它們最終要完成四個步驟：地面引導(dǎo)、自動尋的、最后逼近，交會對接。其中的前兩步，由地面雷達(dá)及GPS進(jìn)行遠(yuǎn)程導(dǎo)引，使兩個飛行器之間的距離接近到幾百公里至100公里左右；其后，二者通過航天器搭載的攝影機、對接敏感器等裝備而繼續(xù)靠近，并實現(xiàn)最后逼近。在最后的交會對接過程中，美國一般采用航天員手動方式控制近距離交會對接，而俄羅斯則更多地用自動方式，在自動對接失敗后再采用手動對接。

中國的“天宮一號”和“神八”將采用自動對接的方式，就是依靠各自的傳感器建立雙向?qū)Ш?，最終對接在一起。

人們喜歡把“天宮一號”與“神八”的對接，浪漫地形容為“接吻”。實際上，這個比喻是非常貼切的。因為“天宮一號”和“神八”的對接采用的是“異體同構(gòu)模式”，就是說，二者“口型”一致，就像兩張嘴巴貼合在一起。

異體同構(gòu)模式是目前比較先進(jìn)的對接技術(shù)，而另一種對接模式則是“桿-錐”式結(jié)構(gòu)，即一個航天器的對接口內(nèi)有“接收錐”，而另一個航天器上裝有對接“碰撞桿”，依靠“桿”和“錐”之間的耦合，將兩個飛行中的航天器連接在一起。相比之下，異體同構(gòu)的優(yōu)勢在于，沒有主動與被動之分，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)量航天器間的對接。

交會對接的過程說起來似乎很簡單，但實際上是一項非常復(fù)雜的技術(shù)。到目前為止，盡管在人類航天歷史上已經(jīng)進(jìn)行了300多次對接，但就在去年還出現(xiàn)過交會對接的故障。因此，交會對接被業(yè)界認(rèn)為是繼航天員太空出艙之后，需通過多次發(fā)射和試驗來攻克的又一道技術(shù)難關(guān)。

載人航天領(lǐng)域有三大基本技術(shù)：載人航天器的天地往返技術(shù)、空間出艙活動技術(shù)和空間交會對接技術(shù)。目前，中國已經(jīng)掌握了其中的前兩項。眼下，“天宮一號”與“神八”的對接，將使中國向最后一項基本技術(shù)邁進(jìn)。迄今為止，全世界只有俄羅斯與美國完全掌握了交會對接技術(shù)，一旦“天宮一號”與“神八”交會對接成功，中國將成為世界上第三個獨立地掌握這一技術(shù)的國家。

一個完整的國際空間站是多次“拼裝”而成的。它由13個艙、7段桁架結(jié)構(gòu)、4對巨型太陽電池翼和1個移動服務(wù)系統(tǒng)組成，所有這些組成部分都需要通過多次對接而建成?？梢姡绻麤]有交會對接，空間站的建設(shè)幾乎無法進(jìn)行。

太空戰(zhàn)略的一步

早在1992年，中國政府就決定實施載人航天工程，并確定了“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略:第一步是載人飛船階段，即要建立一個大系統(tǒng)，把航天員送上天，安全運行，并準(zhǔn)確返回中國領(lǐng)土之內(nèi)。“神五”“神六”載人飛船完成的就是這個任務(wù)。第二步是突破航天器的交會對接技術(shù)，并發(fā)射一個8噸級的空間實驗室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問題，這正是眼下正在完成的過程。第三步是到2020年之前，建造載人空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應(yīng)用問題。

“天宮一號”是中國第一個空間實驗室。但中國為什么要發(fā)展空間站？中國載人航天工程首任總設(shè)計師王永志撰文表示，從1971年蘇聯(lián)發(fā)射“禮炮”1號試驗性空間站開始算起，到國際空間站計劃使用至2020年左右的50年間，載人航天領(lǐng)域唯一沒有間斷的活動，就是空間站的建設(shè)和應(yīng)用。目前，在載人航天領(lǐng)域唯一能夠凝聚16個國家共識的，也只有國際空間站計劃。

以建設(shè)空間站或空間實驗室為主線發(fā)展載人航天，已成為當(dāng)今世界各航天大國的共識。它可以作為最為重要的空間試驗平臺，開展空間應(yīng)用和科學(xué)實驗；同時，也可為未來更加長久、更大規(guī)模、直至飛向地外天體等的載人航天活動打造技術(shù)基礎(chǔ)和積累工程經(jīng)驗。

神舟飛船首任總設(shè)計師戚發(fā)軔表示，航天技術(shù)發(fā)展的長遠(yuǎn)目標(biāo)，是可以像電影《阿凡達(dá)》所描繪的一樣，讓人類移民到別的星球上去生活。而人類可以長期居住的空間站，無疑是通往這一宏大目標(biāo)的第一個中轉(zhuǎn)站。

空間站的建設(shè)意義非凡，同時，它的命運則取決于一個國家的太空戰(zhàn)略，也與一國的經(jīng)濟實力和其國內(nèi)外政治形勢息息相關(guān)。冷戰(zhàn)時期，為了在政治上擊敗蘇聯(lián)，美國不惜一切代價實施“阿波羅登月計劃”，研制了“阿波羅”登月飛船和迄今為止推力最強的土星—5運載火箭，風(fēng)頭一時無出其右者。

然而，美國的太空戰(zhàn)略比較跳躍，缺乏繼承性，在此之后，并沒有繼續(xù)研究載人飛船和大運載火箭，而是轉(zhuǎn)向可重復(fù)使用的天地往返運輸器——航天飛機。在研制航天飛機時，又過分強調(diào)技術(shù)先進(jìn)性，而忽視安全性和可靠性，留下諸多隱患，以至于出現(xiàn)“挑戰(zhàn)者號”和“哥倫比亞號”兩次失事，為美國的航天飛機計劃留下濃重的陰影。另一方面，與空間站和宇宙飛船相比，航天飛機在燒錢方面簡直就是個只進(jìn)不出的黑洞。以上種種原因，造成美國的航天飛機項目終于在今年7月隨著 “阿特蘭蒂斯”號的終結(jié)之旅而宣告謝幕。

前蘇聯(lián)則一直將注意力放在空間站、航天服和交會對接技術(shù)上，并成功建造過8個空間站，這些空間站目前皆已壽終正寢。隨著1991年蘇聯(lián)解體，其繼承者俄羅斯無力繼續(xù)建造新的空間站，而美國于1984年啟動的空間站計劃也遲遲未能成形。美國有錢，俄羅斯有技術(shù)，于是，兩個大國各取所需，一拍即合，把空間站轉(zhuǎn)化成一個聯(lián)合研究計劃，并吸引了歐空局、日本和加拿大前來參加。

今年7月，俄羅斯太空官員宣布，在2020年國際空間站的使用壽命到期后，將它沉入大海。去年，美國總統(tǒng)奧巴馬正式公布了美國的“新太空探索計劃”，表示將放棄小布什之前制定的旨在重返月球的“星座計劃”，將火星作為美國載人航天計劃的目的地。根據(jù)這一目標(biāo)，美國宣布開始重拾載人飛船與重型運載火箭的研究。

從各國宣布的計劃看，到2020年，中國的空間站將可能成為太空中飛行著的唯一的空間站。為了給發(fā)射空間站做準(zhǔn)備，中國目前正在研制“長征五號”重型運載火箭，并在海南省文昌市建立新的發(fā)射基地。因為中國現(xiàn)有的飛船及“天宮一號”的運載能力都只有10 噸，而2020年中國要發(fā)射的空間站將達(dá)20 噸左右——這還僅僅是核心艙。未來的中國空間站還將與一個載人飛船、一艘貨運飛船以及兩個實驗艙交會對接，預(yù)計總重量將達(dá)60噸～100 噸。

在空間站建成之后，中國的載人航天將往何處去？對此，戚發(fā)軔透露說，目前對此討論很多，但還沒有確定。中國已進(jìn)行了月球探測，下一步將對火星和金星展開探測，但中國的載人登月計劃還在論證中。

（部分資料參考《國際太空》2011年第9、10期，《中國載人航天發(fā)展回顧及未來設(shè)想》，戚發(fā)軔著）