“孕育”中國(guó)空間站

姜浩峰

10月23日在上海錢(qián)學(xué)森圖書(shū)館開(kāi)幕的“圓夢(mèng)九天——中國(guó)載人航天工程的壯麗航程”專題展覽上，9次神舟系列飛船的一系列關(guān)鍵技術(shù)被一一呈現(xiàn)。就在同一日，俄羅斯聯(lián)盟TMA-06M號(hào)飛船搭載來(lái)自俄羅斯和美國(guó)的3名宇航員從位于哈薩克斯坦的拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空，前往國(guó)際空間站。

今后我國(guó)的載人航天技術(shù)與國(guó)際空間站會(huì)有多大關(guān)聯(lián)呢？當(dāng)我國(guó)航天員景海鵬、劉旺、劉洋駕乘神舟九號(hào)載人飛船成功完成使命時(shí)，就有外媒提出，因?yàn)檎莆樟私粫?huì)對(duì)接技術(shù)，10年后，中國(guó)可能為地球人承擔(dān)起國(guó)際空間站的使命。

日前，航天專家、上海航天技術(shù)研究院資深研究員陶建中接受《新民周刊》專訪，他說(shuō)：“我國(guó)掌握多種太空交會(huì)對(duì)接技術(shù)，比如神舟九號(hào)與天宮一號(hào)無(wú)人交會(huì)對(duì)接和有人自動(dòng)交會(huì)對(duì)接、手控交會(huì)對(duì)接，除此之外，實(shí)際上我國(guó)還掌握其他的一些交會(huì)對(duì)接技術(shù)。目前來(lái)看，中國(guó)的交會(huì)對(duì)接技術(shù)，已經(jīng)與美俄同步。”陶建中還透露了未來(lái)我國(guó)建立空間站的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)——正在研制中的機(jī)械臂和轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。

“我們的對(duì)接是最先進(jìn)的”

自去年秋天實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)交會(huì)對(duì)接以來(lái)，天宮一號(hào)“空房”九個(gè)月。今年6月，景海鵬、劉旺、劉洋三名航天員乘坐神舟九號(hào)飛船，與天宮一號(hào)交會(huì)對(duì)接，最讓人擔(dān)心的，還是交會(huì)對(duì)接那一瞬。雖說(shuō)操控手動(dòng)交會(huì)對(duì)接的劉旺，在地球上演練了無(wú)數(shù)遍，可九個(gè)月以來(lái)，天宮一號(hào)許多部件裸露在太空，也可能遭遇太空垃圾之類的撞擊，承受高低溫考驗(yàn)，特別是天宮一號(hào)的密封性如何，都將直接影響到交會(huì)對(duì)接的成敗。按照上海航天局局長(zhǎng)朱芝松所言：“天宮一號(hào)對(duì)接機(jī)構(gòu)在強(qiáng)光、空間離子、驟冷驟熱等惡劣空間環(huán)境下‘裸奔了270多天，性能會(huì)不會(huì)發(fā)生變化，我們心里還是有一絲擔(dān)心。”

《新民周刊》從上海航天技術(shù)研究院了解到，對(duì)于天宮一號(hào)的密封性，地面要求每秒6帕就算合格，而這次實(shí)測(cè)，天宮一號(hào)在太空飛行9個(gè)月，每秒只有0.9帕，密封性比預(yù)測(cè)的還要好。

陶建中向記者透露，今年6月完美的交會(huì)對(duì)接，來(lái)自地面充分有效的實(shí)驗(yàn)。陶建中說(shuō)：“20世紀(jì)90年代，中國(guó)載人航天確定‘三步走策略之初，就瞄準(zhǔn)了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)、最復(fù)雜的國(guó)際空間站交會(huì)對(duì)接技術(shù)——俄羅斯制造，連美國(guó)都向其購(gòu)買(mǎi)?！?陶建中在去年上?？萍汲霭嫔绯霭娴摹短諏?duì)接故事》一書(shū)中，詳解了美蘇兩國(guó)早期的交會(huì)對(duì)接技術(shù)，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，最終形成了國(guó)際空間站和航天飛機(jī)的對(duì)接機(jī)構(gòu)。

“美蘇早期交會(huì)對(duì)接，在太空經(jīng)歷了許多失敗。比如蘇聯(lián)第一次自動(dòng)交會(huì)對(duì)接、有人交會(huì)對(duì)接、三船交會(huì)對(duì)接和空間站交會(huì)對(duì)接，全部都失敗?！倍袊?guó)神九與天宮有人交會(huì)對(duì)接圓滿成功，事實(shí)上為將來(lái)與國(guó)際空間站對(duì)接，做好了技術(shù)準(zhǔn)備。

為了今后的合作，中國(guó)的載人飛船和天宮在交會(huì)對(duì)接的構(gòu)型和尺寸上，可以與國(guó)際兼容。到2020年國(guó)際空間站可能銷(xiāo)毀，屆時(shí)，中國(guó)的空間站上天，可能對(duì)外開(kāi)放。

正如美國(guó)天體物理學(xué)家、美國(guó)自然歷史博物館物理科學(xué)館館長(zhǎng)邁克爾·沙拉所言：“因?yàn)橹挥谐晒Φ赝瓿蛇@項(xiàng)難度很大的對(duì)接任務(wù)，才有機(jī)會(huì)登上月球，甚至火星，或者其他小行星。很顯然，中國(guó)已經(jīng)掌握了這項(xiàng)對(duì)接技術(shù)。他們完成了自動(dòng)和手動(dòng)兩種對(duì)接方式。所以很明顯，他們已經(jīng)牢牢掌控了這項(xiàng)技術(shù)。我覺(jué)得這非常值得稱贊！現(xiàn)在世界上還沒(méi)有任何其他國(guó)家有能力獨(dú)立完成這些項(xiàng)目，包括歐盟都不能，它們也還是要和美國(guó)、俄羅斯這些國(guó)家一起合作?！?/p>

交會(huì)對(duì)接技術(shù)手段多樣

陶建中研究員向《新民周刊》透露：“未來(lái)，中國(guó)在交會(huì)對(duì)接上，有多種方法、途徑?！?/p>

比如，這次“神九”與天宮一號(hào)交會(huì)對(duì)接，打開(kāi)艙門(mén)就可以交換人、物，人像魷魚(yú)一樣從神舟九號(hào)游到天宮一號(hào)。這就是所謂的“機(jī)電一體化周邊式一體同構(gòu)對(duì)接機(jī)構(gòu)”，有118個(gè)傳感器、5個(gè)控制器、18個(gè)電機(jī)、291個(gè)齒輪、759個(gè)軸承、261個(gè)彈簧以及1萬(wàn)多個(gè)緊固件組成。而我國(guó)還有比這次交會(huì)對(duì)接更簡(jiǎn)單一些的載人航天交會(huì)對(duì)接技術(shù)，比如追趕式對(duì)接機(jī)構(gòu)。這是一種中間沒(méi)有通道的對(duì)接機(jī)，當(dāng)實(shí)現(xiàn)太空交會(huì)對(duì)接后，航天員再動(dòng)手將中間部分拆除，然后才能實(shí)現(xiàn)航天器和太空艙的互通。

“除了載人航天交會(huì)對(duì)接以外，我國(guó)還掌握一種抱爪式交會(huì)對(duì)接技術(shù)?！碧战ㄖ姓f(shuō)，“抱爪式對(duì)接機(jī)構(gòu)，主要用于探月工程和衛(wèi)星系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)較小。它是為了實(shí)現(xiàn)‘繞、落、回，也就是繞著月球飛行，落到月球表面，以及回到地球而設(shè)計(jì)的，主要是為了把月球上的巖石運(yùn)回地球?！?/p>

除了已掌握的各類交會(huì)對(duì)接技術(shù)，未來(lái)，電磁式和非接觸式交會(huì)對(duì)接，將是發(fā)展方向。

空間站建設(shè)有了新主攻目標(biāo)

天宮一號(hào)和神舟九號(hào)載人交會(huì)對(duì)接完成后，國(guó)人通過(guò)央視觀看了“神九”回歸地球的現(xiàn)場(chǎng)直播，看到了航天員安全返回。完成了階段性任務(wù)的科研人員，又馬不停蹄地開(kāi)工了。

比如，機(jī)械臂的研制。機(jī)械臂，是空間站必需的裝備。媒體報(bào)道——“美國(guó)太空探索技術(shù)公司發(fā)射的‘龍?zhí)枱o(wú)人駕駛貨運(yùn)飛船5月31日離開(kāi)國(guó)際空間站，返回地球。國(guó)際空間站宇航員5月31日上午操縱機(jī)械臂，讓‘龍脫離空間站，結(jié)束它的訪問(wèn)行程。” 之前日本發(fā)射的貨運(yùn)飛船，也擁有機(jī)械臂技術(shù)。

機(jī)械臂，可謂是未來(lái)空間站必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。比如機(jī)械臂可以在空間站協(xié)助航天員，實(shí)現(xiàn)航天員艙外工作，把東西拉來(lái)拉去，代替甚至超越人手，進(jìn)行設(shè)備維護(hù)檢修等。

還有就是生命保障技術(shù)，仍有很大的進(jìn)步空間。上海航天技術(shù)研究院的游本鳳先生向記者透露，這次神舟九號(hào)與天宮一號(hào)交會(huì)對(duì)接任務(wù)，帶上去的食物，只吃了三分之一，其余三分之二全帶回了地球。原因是天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器，相對(duì)空間站來(lái)說(shuō)，仍是個(gè)小型機(jī)構(gòu)。其制氧、制氫能力有限，最多只能維持20天。事實(shí)上本次航天員在太空呆了13天。

陶建中算了一筆賬，每個(gè)航天員每天消耗的干食物為500克，水2200克，呼吸需要氧氣900克。也就是說(shuō)，每人每天總共需要消耗3600克物質(zhì)。而每人每天產(chǎn)生二氧化碳930克、尿1500克、水汽840克、糞便230克。也就是說(shuō)，每人每天產(chǎn)生廢物3500克。如是3名航天員，那數(shù)據(jù)就得乘以3。所以，當(dāng)年蘇聯(lián)的禮炮號(hào)航天員，最長(zhǎng)在太空呆了23天；美國(guó)則是28天。而生命保障體系進(jìn)一步完善，可以實(shí)現(xiàn)太空補(bǔ)給和垃圾回收，那么，航天員就能突破20來(lái)天的限制，在太空逗留更多時(shí)間。

目前航天系統(tǒng)在研的項(xiàng)目，還有轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。飛行器與空間站對(duì)接上后，要轉(zhuǎn)換方向，就得靠它。轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)還將與目前掌握的交會(huì)對(duì)接技術(shù)相輔相成，使得對(duì)接機(jī)構(gòu)的功能不斷延伸。未來(lái)空間站建設(shè)上，飛行器對(duì)接成功以后，還要利用對(duì)接機(jī)構(gòu)上的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)艙體的轉(zhuǎn)位功能，從而實(shí)現(xiàn)空間站的組裝建設(shè)。此外，一旦我國(guó)的火星探測(cè)計(jì)劃啟動(dòng)，這些技術(shù)也將助力火星軌道器順利釋放火星車(chē)，然后成功對(duì)接返回地球。

誠(chéng)如中國(guó)載人航天工程辦公室主人王兆耀所說(shuō)：“在歡慶勝利的同時(shí)，我們也清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)載人航天技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平相比，還有相當(dāng)?shù)牟罹?。要全面完成我?guó)載人航天工程‘三步走的戰(zhàn)略目標(biāo)，后續(xù)任務(wù)依然十分艱巨，任重而道遠(yuǎn)?！睓C(jī)械臂、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，都是我國(guó)未來(lái)空間站“孕育”中不可或缺的環(huán)節(jié)。