9月20日，“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體已抵達(dá)發(fā)射架等待27-30日擇機(jī)發(fā)射。

中國(guó)載人航天計(jì)劃已進(jìn)入第二步

在完成了神舟七號(hào)載人飛行任務(wù)之后，中國(guó)載人航天工程沉寂了將近3年。雖然2010年8月發(fā)布天宮一號(hào)完成總裝的消息，2010年10月27日中國(guó)載人空間站工程正式啟動(dòng)實(shí)施，但畢竟距離載人航天的實(shí)際發(fā)射和試驗(yàn)還太遠(yuǎn)。不過(guò)到了2011年6月底官方發(fā)布《天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器通過(guò)出廠評(píng)審 運(yùn)抵酒泉》的報(bào)道，明確提及第三季度和第四季度分別發(fā)射天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器和神舟八號(hào)無(wú)人飛船。盡管此后8月18日，長(zhǎng)征二號(hào)丙火箭發(fā)射實(shí)踐十一號(hào)04衛(wèi)星失利，導(dǎo)致天宮一號(hào)推遲了發(fā)射時(shí)間。不過(guò)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的重新檢查，中國(guó)宣布將在9月27日至30日擇機(jī)發(fā)射天宮一號(hào)。酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心921工位在沉寂已久后終于再次喧騰起來(lái)，中國(guó)第一次空間交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)也即將拉開序幕。

在完成了載人軌道飛行，實(shí)現(xiàn)載人航天第一步戰(zhàn)略目標(biāo)后，中國(guó)2004年12月開始啟動(dòng)載人航天第二步任務(wù)。載人航天第二步的任務(wù)重點(diǎn)是航天器交會(huì)對(duì)接和航天員空間活動(dòng)，其中第一階段主要任務(wù)目標(biāo)為實(shí)施航天器交會(huì)對(duì)接任務(wù)和出艙活動(dòng)，突破和掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)出艙活動(dòng)技術(shù)。

2008年神舟七號(hào)任務(wù)期間提前進(jìn)行了出艙活動(dòng)任務(wù)，突破了出艙活動(dòng)技術(shù)。為了進(jìn)行下一節(jié)階段的任務(wù)，中國(guó)載人航天工程決定成立空間實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，研制天宮系列航天器，用于實(shí)現(xiàn)中國(guó)載人航天第二步戰(zhàn)略目標(biāo)。交會(huì)對(duì)接技術(shù)有技術(shù)復(fù)雜、工程難度大的特點(diǎn)，為了突破掌握這一技術(shù)，中國(guó)載人航天工程專門研制了天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器，用于驗(yàn)證、突破和掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)。天宮一號(hào)是神舟系列載人飛船進(jìn)行交會(huì)對(duì)接的目標(biāo)，目標(biāo)飛行器這一名稱，十分確切的說(shuō)明了它的主要用途。

天宮一號(hào)的主要目的就是用于驗(yàn)證太空交會(huì)對(duì)接技術(shù)。圖為完成總裝的天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器。

天宮一號(hào)的基本情況

即將發(fā)射的天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器長(zhǎng)度9米多，最大直徑3.35米，發(fā)射質(zhì)量約8.5噸。天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器主要分為兩個(gè)艙室，分別是實(shí)驗(yàn)艙和資源艙。 實(shí)驗(yàn)艙前段框裝有上海航天據(jù)研制的對(duì)接裝置，用于和神舟在人飛船進(jìn)行對(duì)接。實(shí)驗(yàn)艙分為前錐段、柱段和后錐段，其中前兩部份為密封加壓環(huán)境，可支持3名航天 員的工作和生活。實(shí)驗(yàn)艙后錐段和資源艙是非密封環(huán)境，實(shí)驗(yàn)艙后錐段安裝了再生式生命保證系統(tǒng)，資源藏安裝各種設(shè)備如電力系統(tǒng)、太陽(yáng)翼和發(fā)動(dòng)機(jī)，為航天器提 供在軌飛行和空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn)支持。

天宮二號(hào)和天宮三號(hào)計(jì)劃

2010年中國(guó)載人航天工程辦公室主任王文寶在接受英文航天媒體采訪時(shí)透露了天宮系列航天器的細(xì)節(jié)，他指出天宮二號(hào)和三號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室與天宮一號(hào)目標(biāo) 飛行器類似，均為質(zhì)量約8.5噸直徑3.35米規(guī)格，都使用長(zhǎng)征二號(hào)F火箭發(fā)射，將在高度400千米、傾角42到43度的軌道上飛行。根據(jù)計(jì)劃中國(guó)將首先 發(fā)射天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器，隨后發(fā)射神舟八號(hào)飛船用于交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。神舟八號(hào)飛船在配置上和載人飛船一致，但為了降低交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)的人員風(fēng)險(xiǎn)將不載人。

在兩年的工作壽命內(nèi)，中國(guó)還將發(fā)射神舟九號(hào)和神舟十號(hào)飛船繼續(xù)與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器進(jìn)行交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，其中神舟十號(hào)將是載人飛船，神舟九號(hào)是否載人 目前尚未確定，將根據(jù)神舟八號(hào)與天宮一號(hào)交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)的順利是否再做決定。不過(guò)這一階段天宮一號(hào)肯定要與一艘載人的神舟飛船進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，實(shí)際驗(yàn)證載人交 會(huì)對(duì)接能力、天宮一號(hào)的實(shí)驗(yàn)艙的生保系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)行短期有人駐留飛行，為下一步太空實(shí)驗(yàn)室中期有人駐留和開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)積累經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)接技術(shù)是載人航天的重要難關(guān)

盡管存在其他目標(biāo)，但天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器最主要的目的還是突破掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)。交會(huì)對(duì)接技術(shù)是載人航天技術(shù)的一個(gè)重要難關(guān)，無(wú)論美國(guó)還是蘇聯(lián)，在突破空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)，進(jìn)行實(shí)際空間交會(huì)對(duì)接操作上都經(jīng)歷了多次失敗。

美國(guó)在雙子星8號(hào)與阿金納上面級(jí)成功完成首次交會(huì)對(duì)接之前，雙子星6號(hào)和7號(hào)飛船進(jìn)行了首次人控交會(huì)，最近距離180米，更早的雙子星3、4、5號(hào) 交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)都以失敗告終。蘇聯(lián)盡管成功進(jìn)行了大量自控和人控交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)，但禮炮號(hào)空間站的實(shí)際使用中仍然頻頻出現(xiàn)對(duì)接失敗，即使到了和平號(hào)時(shí)代還出現(xiàn) 了進(jìn)步貨運(yùn)飛船對(duì)接失敗撞傷和平號(hào)空間站的事故。

1995年6月29日，美國(guó)的亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)與“和平”號(hào)太空站進(jìn)行對(duì)接。太空交會(huì)對(duì)接進(jìn)行時(shí)雙方要不斷進(jìn)行速度控制和姿態(tài)控制，難度也很大。

中國(guó)對(duì)接裝置仿效異體同構(gòu)周邊對(duì)接系統(tǒng)

雖然中國(guó)載人航天工程只能與俄羅斯進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)交流，但從各方面文字報(bào)道和視頻看，中國(guó)的對(duì)接裝置并沒(méi)有使用俄羅斯現(xiàn)成的針-錐系統(tǒng)，而是仿效了 異體同構(gòu)周邊對(duì)接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。異體同構(gòu)周邊對(duì)接系統(tǒng)來(lái)自于20世紀(jì)70年代美蘇阿波羅-聯(lián)盟空間對(duì)接實(shí)驗(yàn)，這一對(duì)接試驗(yàn)展示了空間救援的前景。為了在兩國(guó) 的不同飛船之間任意對(duì)接，蘇聯(lián)研制了異體同構(gòu)周邊對(duì)接系統(tǒng)，編號(hào)APAS-75。它克服了針-錐對(duì)接系統(tǒng)的缺陷，使用異體同構(gòu)設(shè)計(jì)任何一套對(duì)接裝置都可以 既做主動(dòng)端也做被動(dòng)端，這對(duì)對(duì)空間救援極為重要，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。由于對(duì)接系統(tǒng)是周邊式而不是針-錐系統(tǒng)的中央式，更容易在對(duì)接機(jī)構(gòu)總直徑相同的條件 下增加中央加壓通道的直徑。

異體同構(gòu)周邊對(duì)接系統(tǒng)已有普遍使用

此后雖然蘇聯(lián)聯(lián)盟載人飛船、進(jìn)步貨運(yùn)飛船和禮炮空間站都使用傳統(tǒng)的針-錐對(duì)接裝置，但仍進(jìn)一步改進(jìn)異體同構(gòu)周邊系統(tǒng)，準(zhǔn)備在下一代載人航天系統(tǒng)中使 用，蘇聯(lián)新一代的暴風(fēng)雪號(hào)航天飛機(jī)使用編號(hào)APAS-89系統(tǒng)，原始設(shè)計(jì)外部直徑2.03米，不過(guò)隨后直徑減少到1.55米，由于外部直徑的縮小，內(nèi)部通 道直徑也縮小到80厘米。和平號(hào)空間站主要指用針-錐方式對(duì)接的同時(shí)，量子實(shí)驗(yàn)艙上還帶有一個(gè)APAS-89對(duì)接口，預(yù)備用于和暴風(fēng)雪號(hào)航天飛機(jī)的對(duì)接。 蘇聯(lián)解體導(dǎo)致后繼的航天計(jì)劃成為水中月，暴風(fēng)雪號(hào)直接退役。

“聯(lián)盟”系列飛船逼近國(guó)際空間站，對(duì)準(zhǔn)對(duì)接艙上“針-錐”式對(duì)接機(jī)構(gòu)的“錐”，注意紅圈處。

為了籌備建設(shè)國(guó)際空間站，美國(guó)航天飛機(jī)裝備了原定用于暴風(fēng)雪號(hào)航天飛機(jī)的異體同構(gòu)周邊對(duì)接系統(tǒng)，生產(chǎn)商能源聯(lián)合體將其重新編號(hào)為APAS-95。美 國(guó)航天飛機(jī)使用APAS-95與和平號(hào)進(jìn)行了多次對(duì)接。國(guó)際空間站對(duì)接裝置同樣使用了APAS-95對(duì)接系統(tǒng)，俄羅斯制造的曙光號(hào)服務(wù)艙與美國(guó)團(tuán)結(jié)號(hào)節(jié)點(diǎn) 艙的連接使用了異體同構(gòu)系統(tǒng)，意大利制造美國(guó)擁有的和諧號(hào)和寧?kù)o號(hào)節(jié)點(diǎn)艙同樣各具有一個(gè)APAS-95系統(tǒng)用于對(duì)接航天飛機(jī)。不過(guò)國(guó)際空間站上的異體同構(gòu) 周邊對(duì)接系統(tǒng)為了防止大質(zhì)量的航天飛機(jī)帶來(lái)太大的震動(dòng)，異體同構(gòu)周邊對(duì)接機(jī)構(gòu)為永久性的被動(dòng)端以進(jìn)行適應(yīng)性的修改，而航天飛機(jī)的APAS-95仍然可以在 主動(dòng)端和被動(dòng)端之間切換。

中國(guó)交會(huì)對(duì)接裝置設(shè)計(jì)博眾家之長(zhǎng)

中國(guó)天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器和神舟八號(hào)飛船的對(duì)接系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上主要借鑒了俄羅斯的系統(tǒng)，但博采眾家之長(zhǎng)根據(jù)自己的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。從目前的資料看，中國(guó)的 交會(huì)對(duì)接測(cè)量系統(tǒng)使用了遠(yuǎn)程微波雷達(dá)、近距離激光雷達(dá)的視頻導(dǎo)航傳感器(VGS)外加光學(xué)瞄準(zhǔn)器的組合配置，對(duì)接機(jī)構(gòu)硬件規(guī)格和俄羅斯APAS-89一 致，理論上具備和空間站和諧號(hào)與寧?kù)o號(hào)節(jié)點(diǎn)艙上APAS-95接口對(duì)接的能力，當(dāng)然由于來(lái)自美國(guó)的政治障礙，和空間站的對(duì)接是不可能的。雖然空間站上的 APAS-95接口只能作為被動(dòng)端，但中國(guó)出于安全考慮，神州飛船和天宮飛行器的對(duì)接機(jī)構(gòu)不太可能盲目跟進(jìn)?？梢灶A(yù)計(jì)天宮一號(hào)的對(duì)接裝置經(jīng)過(guò)了檢驗(yàn)后，將 成為中國(guó)載人航天標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)接機(jī)構(gòu)，這是天宮一號(hào)對(duì)中國(guó)航天事業(yè)最主要的貢獻(xiàn)。

兩年的近地軌道維持將大大超越神州飛船6個(gè)月設(shè)計(jì)壽命的軌道艙，這也是對(duì)中國(guó)載人航天技術(shù)又一前所未有的考驗(yàn)。

兩年的近地軌道維持技術(shù)突破

天宮一號(hào)雖然設(shè)計(jì)上主要用于突破掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)，但它本身作為一個(gè)8.5噸的龐大空間平臺(tái)，自然會(huì)進(jìn)行更多的應(yīng)用。天宮一號(hào)和神舟八號(hào)都將進(jìn)行一 系列太空科學(xué)試驗(yàn)，如中國(guó)載人航天領(lǐng)域的第一個(gè)國(guó)際合作項(xiàng)目，中德聯(lián)合進(jìn)行的研究空間微重力生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的SIMBOX就將由神舟八號(hào)帶上太空。天宮一號(hào) 目標(biāo)飛行器將在約400千米近地軌道進(jìn)行2年時(shí)間的長(zhǎng)期飛行，遠(yuǎn)大于神州飛船6個(gè)月設(shè)計(jì)壽命的軌道艙，它開拓了中國(guó)航天器低軌道長(zhǎng)壽命飛行的領(lǐng)域，2年的 設(shè)計(jì)飛行壽命如果得以實(shí)現(xiàn)的話，將接近蘇聯(lián)禮炮4號(hào)空間站的數(shù)字。

潛力巨大的低軌道航天平臺(tái)

天宮一號(hào)還將成為一個(gè)擁有巨大潛力的低軌道平臺(tái)，目前已經(jīng)規(guī)劃攜帶上海計(jì)物所的60厘米口徑碳化硅紅外相機(jī)用于對(duì)地偵察，此外還裝備了超光譜離軸成 像三反光學(xué)系統(tǒng)，在神州六號(hào)上的長(zhǎng)春光機(jī)所實(shí)現(xiàn)了400千米高度0.5米分辨率的性能后，上海計(jì)物所又會(huì)給我們帶來(lái)什么樣的驚喜呢。天宮一號(hào)本身具有 8.5噸的質(zhì)量，根據(jù)前載人航天工程總設(shè)計(jì)師王永志文章中提到的信息，天宮目標(biāo)飛行器和空間實(shí)驗(yàn)室的研制成果將成為大型貨運(yùn)飛船和未來(lái)空間站實(shí)驗(yàn)艙的基 礎(chǔ)。13噸的貨運(yùn)飛船和天宮飛行器在外觀幾乎一致，20噸級(jí)的實(shí)驗(yàn)艙圖片發(fā)布后更是有人說(shuō)是貨運(yùn)飛船的放大版。放大為13噸計(jì)貨運(yùn)飛船和20噸級(jí)實(shí)驗(yàn)艙的 潛力，預(yù)示著天宮一號(hào)平臺(tái)在近地軌道偵察和天文觀測(cè)上的光明前景。

對(duì)比美國(guó)的同類產(chǎn)品，如果未來(lái)我們看到中國(guó)的鎖眼和哈勃，相信并不會(huì)讓人感到陌生。其實(shí)不論這些，天宮一號(hào)的研制為貨運(yùn)飛船和空間站實(shí)驗(yàn)艙的研制積 累了經(jīng)驗(yàn)并鋪平了道路，它的使用也為后繼天宮二號(hào)和天宮三號(hào)太空實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn)，這已經(jīng)物有所值。從已有的資料推測(cè)，天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器的三次對(duì)接 飛行時(shí)間可能都在20天左右，由于神舟飛船設(shè)計(jì)飛行壽命只有7天，天宮一號(hào)的實(shí)驗(yàn)將大大延長(zhǎng)中國(guó)載人飛行時(shí)間，進(jìn)行更久的低軌道長(zhǎng)時(shí)間飛行，進(jìn)行研究太空 環(huán)境對(duì)人類的影響等太空生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)。

天宮一號(hào)實(shí)際上就是中國(guó)第一個(gè)試驗(yàn)性的空間站，承擔(dān)著為2020年前后建設(shè)大型、多艙段空間站進(jìn)行技術(shù)積累的任務(wù)。 盡管總體性能尤其是體積質(zhì)量不如蘇聯(lián)的禮炮一號(hào)更不要說(shuō)美國(guó)的天空實(shí)驗(yàn)室，但天宮一號(hào)部分性能和設(shè)計(jì)指標(biāo)仍有自己的特色，這體現(xiàn)出了中國(guó)航天所做出的努力和技術(shù)進(jìn)步。