“太空之吻”不浪漫

年度“熱詞”

2011年，“神舟八號”與“天宮一號”順利完成“太空之吻”，使“交會對接”成了一個“熱詞”。其實交會和對接是兩個完全不同的動作。所謂交會，是指兩個獨立的目標飛行器從各自不同的軌道，飛到同一個軌道面上，然后相互不斷接近，直到兩者的相對速度在0.35米/秒以下。只有滿足了這個條件，接下來才能開始對接。否則“太空之吻”無從談起。

當兩個目標飛行器發(fā)生接觸，面對面地開始貼近，稱之為“捕獲”，其標志是將對方用捕獲鎖卡住。然后，再經過校直、緩沖、對準，兩者才能拉緊；最后，用8把對接鎖鎖住，使兩個目標飛行器最終合為一體，“對接”才算完成。

從技術上來說，空間交會對接的控制方式有4種，但實質上，可歸結為人工控制方式和自動控制方式兩大類。前者適用于載人航天器，例如，為空間站運送航天員。后者適用于不載人的航天器，例如，為空間站補充貨物，帶走垃圾。迄今為止，美國較多應用人工控制方式，而前蘇聯(lián)與俄羅斯則主要采用自動控制方式。我國的“神八”與“天宮”的交會對接用的是自動控制方式，而“神九”與“天宮”則將采用人工控制方式。

歷盡艱難

很多人以為，“太空之吻”很浪漫，其實一點兒也不。剛開始，飛船上沒有計算機，軌道上沒有中繼衛(wèi)星，地面上的測控站數量也很有限；由于條件非常簡陋，技術很不成熟，以至于早期的太空對接大多以失敗告終，一些優(yōu)秀的宇航員甚至為此付出了生命的代價。

1966年，前蘇聯(lián)不載人系列的第一艘飛船出師不利，好幾個系統(tǒng)出了故障，導致返回艙無法著陸。在隨后的試驗中，運載火箭發(fā)射到一半便在空中爆炸，導致發(fā)射場兩人死亡。在解決了這些問題之后，1967年4月，聯(lián)盟1號上天，這是它第一次載人飛行。然而，由于返回降落傘出了問題，宇航員卡馬洛夫永遠留在了太空軌道上，再也沒有返回地球。

1967年9月30日，前蘇聯(lián)的兩艘無人飛船先后升空，并在進入軌道的第一圈就開始交會、捕獲。當時的無線電通信系統(tǒng)顯示：對接成功。一切如此順利，以至于地面專家都不敢相信自己的眼睛。然而遙測系統(tǒng)隨后傳回的數據顯示：對接機構的驅動沒有拉緊到底，還留有幾厘米。事后發(fā)現(xiàn)，這是對接機構的螺桿把遮擋灰塵的薄膜卷進了螺母內造成的。前蘇聯(lián)的第一次無人對接，就這樣毀于一張薄膜。直到1968年4月，才第一次真正完成無人對接。

1968年8月，載有一名宇航員的聯(lián)盟3號與無人的聯(lián)盟2號，試圖實施人工控制的交會對接。由于3號飛船剛入軌，宇航員還沒適應太空失重就開始交會，加上交會是在夜晚進行，47歲的宇航員不戴老花眼鏡只能看到前面不明亮的閃光，而不能閱讀操作指南，最終結果當然只能是失敗。到了1969年，吸取了上次失敗的教訓，載人的聯(lián)盟4號與5號終于成功實現(xiàn)了人工控制的交會對接。但由于當時的對接機構中間沒有通道，因此，聯(lián)盟5號的三名宇航員，不得不通過太空行走，爬到4號飛船上去與那里的宇航員會合。

必經之路

載人航天器的發(fā)射與返回、空間出艙活動、交會對接，是載人航天的三大基本技術。不論是俄羅斯的“聯(lián)盟號”飛船，還是中國的“神舟”飛船，作為一種天地往返的運輸工具，它們在太空的時間都待不長，一般不會超過7天。為什么呢？首先，它們攜帶的燃料不多，帶多了火箭的負擔太重。其次，宇航員日常消耗的氧氣、食物量很大，處理他們的排泄物也是大問題。更何況飛船內部空間有限，稍大一些的實驗也做不了。所以，如果需要航天員在太空完成一些長期的任務、復雜的試驗，就需要一個長期有人照料、空間足夠寬敞的航天器。

而建成這樣的航天器僅僅靠一次發(fā)射是不可能完成的。眾所周知，“和平號”空間站總重100噸，國際空間站總重超過了400噸，而“天宮一號”才8.5噸。但為了確保“天宮”順利升空，我國還專門對“長二F”火箭進行了改造。試想，若要一次性發(fā)射400噸重的航天器，那得要多大的火箭？因此，空間站的建造，只能通過多個艙體在太空交會對接才能最終實現(xiàn)。為建成后的空間站接送航天員，提供補給，也只能通過飛船與之交會對接才能完成。

太空垃圾

空間站在軌時間越長，不可預測的因素就越多，風險也隨之加大。你可能已經注意到，最近幾年，不斷有科學家遙控機器人，為遠在千里之外的病人成功進行手術的報道。實際上，此項研究的最終目的，是為了實現(xiàn)能給正在空間站，甚至是飛往火星的飛船上的宇航員實施小型手術。因為航天員畢竟也是吃五谷雜糧的人，難免也會生病。因此，盡管國際空間站的生命保障系統(tǒng)目前也沒有完全解決“看病難”的問題，但它仍然是我們必須重視和解決的。

但對整個空間站和宇航員而言，最大的安全威脅來自越來越多的被稱為“太空垃圾”的空間碎片。空間碎片是人類太空活動的產物，包括完成任務的火箭箭體和衛(wèi)星本體、火箭拋棄物、發(fā)生碰撞的飛行器產生的碎片等等。它們是地球空間環(huán)境的主要污染源。由于這些碎片都以7.8千米/秒的速度在高速飛行，一旦與空間站發(fā)生碰撞，后果將非常嚴重。例如，一個直徑1厘米的金屬片與飛行器相撞，就像一輛時速為120千米的汽車撞到墻上一樣可怕。因此，如何妥善處理空間碎片，確保太空活動安全，是人類面臨的共同挑戰(zhàn)。

確保安全

目前，國際上處理空間碎片主要有減緩、防護、預警三大手段。減緩是指減少飛行器發(fā)射，對于廢棄不用的飛行器則盡量使其進入大氣層自毀。而保護則有個“度”的問題，不能設想為了增強抗撞擊性能，而讓空間站穿上一身厚重的鎧甲。目前正在運行的國際空間站，平均每年有70次碰撞預報，而它本身只具備對直徑1厘米的空間碎片的防護能力。因此，對于大一些的空間碎片，只能采取規(guī)避辦法；讓航天員躲進常年停靠在空間站的救生飛船中，形勢危急時就啟程返回地球。

美國宇航局已把碎片監(jiān)測作為一項常規(guī)的工作內容。目前他們已對所有超過10厘米的碎片進行監(jiān)測，同時力爭在10年內達到對1厘米以上的空間碎片進行監(jiān)測。中國的載人航天也已經將對空間碎片的監(jiān)測、預警和規(guī)避納入工作體系。這意味著，我國航天器的在軌安全得到了進一步的保障。實際上，在“神八”任務的實施過程中，每天都在發(fā)布未來3天的空間碎片預報。交會對接實施時，如果有預警，可以有兩種選擇，一是改變對接線路，二是退出對接程序，到時機合適時再啟動程序。

載人航天安全第一。中國的載人航天器運行軌道多選擇距地面300多千米的低軌道。這個高度的軌道有不利的一面，由于存在大氣阻力，會導致航天器的飛行速度衰減得比較快；需要經常進行軌道維持，控制難度較大。但同時也存在有利的一面，對于較大的碎片而言，由于衰減速度快，會很快進入大氣層燒毀；這樣一來，這個高度的軌道就具有了自凈能力。

值得期待

與載人飛船相比，空間站規(guī)模大，在軌運行時間長，可以提供地球上不具備的科學研究條件。其微重力、高真空、高位置等條件對材料學、生物學、制藥業(yè)，對地球科學、外太空探索等都具有特殊的意義和無可替代的優(yōu)勢。設計中的中國空間站總重量為60噸級，可容納6人同時開展工作。如果把楊利偉乘坐的“神五”返回艙比做一居室，費俊龍和聶海勝開展活動的“神六”返回艙和軌道艙比做兩居室，則“天宮”就相當于套房，而未來的中國空間站就相當于別墅了。

你可能會問，建造空間站究竟能給咱們普通百姓帶來什么好處？由于沒有自己的空間站，我國的生物制藥業(yè)遠遠落后于西方發(fā)達國家，就是一個典型的例子?？梢灶A期的是，中國未來的空間站將為發(fā)明和制造挽救人們生命和健康的藥物作出重要貢獻。至于在半導體、特種材料、天文學、對地觀測等方面帶來的好處更是數不勝數了。

雖然中國目前的航天員都是職業(yè)航天員，但不久的將來，前往我們自己的空間站，不再需要像選拔航天員那樣嚴格的身體條件，只要基本身體條件合格就可以上去。對正在運行的國際空間站來說，這一點已經成為現(xiàn)實；對未來咱們自己的空間站，同樣值得期待。