“天宮一號(hào)”發(fā)射升空

尹懷勤

2011年9月29日21時(shí)16分，萬人矚目的“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器被送入太空預(yù)定近地軌道飛行，標(biāo)志著我國載人航天工程拉開了新的序幕。

突破空間交會(huì)對接技術(shù)

發(fā)射“天宮一號(hào)”的主要目的就是要突破和掌握空間交會(huì)對接技術(shù)。該技術(shù)是指兩個(gè)航天器在空間軌道上會(huì)合并在結(jié)構(gòu)上連成一個(gè)整體的技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于空間實(shí)驗(yàn)室、空間站、空間通信和遙感平臺(tái)等大型空間設(shè)施在軌裝配、回收、補(bǔ)給、維修以及空間救援等方面。到目前為止，只有美國和俄羅斯掌握完整的交會(huì)對接技術(shù)。

“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器，重達(dá)8.5 t，全長10.4 m，最大直徑3.35 m。其構(gòu)造為兩艙型，分為前邊的實(shí)驗(yàn)艙和后邊的資源艙，使用壽命為2年，是迄今為止我國最長壽的近地軌道飛行器。實(shí)驗(yàn)艙由密封的前錐段、柱段和后錐段組成，可用于2～3名航天員駐留期間的在軌工作和生活。它的前端裝有被動(dòng)式對接機(jī)構(gòu)、交會(huì)對接測量和通信設(shè)備，最重要的作用就是進(jìn)行航天器的交會(huì)對接試驗(yàn)，資源艙內(nèi)裝有變軌和姿控火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，為目標(biāo)飛行器提供動(dòng)力，以調(diào)整軌道高度和運(yùn)行姿態(tài)，兩側(cè)的太陽能電池板為其提供電力。

“天宮一號(hào)”在11月3日與發(fā)射升空的“神舟八號(hào)”飛船實(shí)施了首次空間飛行器無人交會(huì)對接。由于兩個(gè)航天器在太空中都以每小時(shí)27000 km以上的高速運(yùn)行，因此一旦在對接過程中稍有不慎，就可能發(fā)生相撞事故。1966年3月16日，人類的首次航天器交會(huì)對接，就因人為扳錯(cuò)開關(guān)造成飛船姿控系統(tǒng)出現(xiàn)故障差點(diǎn)發(fā)生意外。這就使得“天宮一號(hào)”與“神舟八號(hào)”實(shí)行無人交會(huì)對接試驗(yàn)變得非常重要。

“天宮一號(hào)”在額定的2年在軌運(yùn)行期間，除與“神舟八號(hào)”飛船實(shí)現(xiàn)空間交會(huì)對接外，還要與“神舟九號(hào)”“神舟十號(hào)”飛船先后進(jìn)行對接。依次完成與3艘飛船的聯(lián)袂飛行，其中至少有一次是載人飛行。

建造空間實(shí)驗(yàn)室

2012年年底前，“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器將要完成無人和載人空間交會(huì)對接試驗(yàn)。其與載人飛船對接之后，就成了簡易的空間實(shí)驗(yàn)室，入住的航天員可以開展一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)，這樣一來，在2年運(yùn)行期間，它就初步成為一個(gè)長期無人在軌運(yùn)行、短期有人照料的空間實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。正緣于此，我們又將“天宮一號(hào)”的升空飛行稱為“筑巢之旅”。

按照工程計(jì)劃，2016年前，我國空間實(shí)驗(yàn)室將研制完成并發(fā)射。具體地說，就是要陸續(xù)發(fā)射“天宮二號(hào)”“天宮三號(hào)”2個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室?！吧裰邸憋w船將進(jìn)行載人飛行與之對接，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問題。

“天宮二號(hào)”將主要開展地球觀測和空間地球系統(tǒng)科學(xué)、空間應(yīng)用新技術(shù)、空間技術(shù)、航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)研究?！疤鞂m三號(hào)”將主要完成驗(yàn)證再生式生命保障關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)、航天員中期在軌駐留、貨運(yùn)飛船在軌試驗(yàn)等任務(wù)，還將開展部分空間科學(xué)和航天醫(yī)學(xué)試驗(yàn)。2個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室的發(fā)射、運(yùn)行和應(yīng)用，將為實(shí)施載人航天工程第三步任務(wù)，即建造載人空間站積累經(jīng)驗(yàn)和提供借鑒。這體現(xiàn)了中國發(fā)展航天事業(yè)歷來堅(jiān)持的不走彎路的原則。

通過在軌組裝建成空間站

空間站是一種在近地軌道上長時(shí)間運(yùn)行、能供多名航天員在其中生活、工作和巡訪的載人航天器，小型的空間站可一次發(fā)射完成，較大型的空間站需分批發(fā)射組件，在太空運(yùn)行軌道上組裝成為整體?？臻g站的基本組成以一個(gè)載人生活艙為主體，再配加有不同用途的艙段，如工作實(shí)驗(yàn)艙、科學(xué)儀器艙等，同時(shí)對接救生載人飛船。我國空間站建設(shè)雖然時(shí)間稍晚，但是起步較高，采用軌道組裝的辦法建造而成。

我國載人空間站工程建設(shè)，將充分繼承載人航天工程的前期成果，繼續(xù)使用已有的“神舟”飛船，同時(shí)研制核心艙和實(shí)驗(yàn)艙，并于2020年前后進(jìn)行發(fā)射，在軌組裝成基本型載人空間站。它大致包括1個(gè)核心艙、2個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙、1艘載人飛船和1艘貨運(yùn)飛船，總質(zhì)量約60 t。其中，核心艙要求長期有人駐守，航天員的往返將由“神舟”號(hào)飛船來承載。

由于核心艙至少重20 t，我國正在研制以液氧和煤油為推進(jìn)劑、最大運(yùn)載能力為25 t的大推力近地軌道新型火箭“長征五號(hào)”，并在天津?yàn)I海新區(qū)建設(shè)了組裝基地。與之相匹配，我國第四個(gè)航天發(fā)射場正在海南文昌建設(shè)。

載人航天能力是彰顯國家影響力和標(biāo)志大國地位的核心內(nèi)容之一。載人空間站在和平開發(fā)利用太空資源和保護(hù)地球環(huán)境方面有著十分重要的作用。

我國空間站以和平探索和利用太空資源、服務(wù)社會(huì)發(fā)展、造福人類為長遠(yuǎn)目標(biāo)。它的建成和應(yīng)用，必將為實(shí)現(xiàn)中國航天技術(shù)的飛躍和經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快地發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。

鏈接1“天宮一號(hào)”與“神舟八號(hào)”交會(huì)對接成功

從對接機(jī)構(gòu)接觸開始，經(jīng)過捕獲、緩沖、拉近、鎖緊4個(gè)步驟，“神舟八號(hào)”飛船與“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器于2011年11月3日凌晨實(shí)現(xiàn)剛性連接，形成組合體，中國載人航天首次空間交會(huì)對接試驗(yàn)獲得成功。

鏈接2我國載人航天工程3步走

第一步，發(fā)射2艘無人飛船和1艘載人飛船，建成初步配套的試驗(yàn)性載人飛船工程，開展空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

第二步，在第一艘載人飛船發(fā)射成功后，突破載人飛船和空間飛行器的交會(huì)對接技術(shù)，并利用載人飛船技術(shù)改裝、發(fā)射1個(gè)8 t級的空間實(shí)驗(yàn)室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問題。

第三步，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。這是本著從我國實(shí)際情況出發(fā)，堅(jiān)持有所為、有所不為、在某些領(lǐng)域保持國際先進(jìn)水平的原則而制定的發(fā)展計(jì)劃。