“天宮一號”在轉(zhuǎn)場過程中
9月24日，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，晴空萬里，秋陽艷艷。
發(fā)射場上，“天宮一號”矗立在空曠的戈壁上分外醒目。最遲五天后，這個(gè)中國最大最重的航天器將在此升空，踏上建立首個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室的神秘之旅。
原中國載人航天發(fā)射場總設(shè)計(jì)師徐克俊接受羊城晚報(bào)專訪時(shí)稱，“天宮一號”發(fā)射后，將與隨后發(fā)射的“神八”、“神九”、“神十”飛船進(jìn)行交會(huì)對接。
如果“天宮”與“神八”成功對接，將意味著中國成為繼美國、俄羅斯后，第三個(gè)獨(dú)立掌握航天交會(huì)對接技術(shù)的國家。2020年，中國將建成自己的大型空間站。而國際空間站也將在2020年結(jié)束使用。
交會(huì)對接到底有多難？兩年壽命后，“天宮”何去何從？太空垃圾會(huì)否威脅“天宮”？中國為何沒參與國際空間站合建，而要獨(dú)立建造空間站？“神九”、“神十”會(huì)否被定型為載人運(yùn)輸飛船？……
羊城晚報(bào)專訪徐克俊、北京大學(xué)地球與空間學(xué)院教授焦維新和《國際太空》雜志社副主編龐之浩等多位專家，解讀“天宮一號”飛天之旅。
壹
每秒7.8公里的狂奔中
“吻”得上還要“吻”得準(zhǔn)
9月20日，“天宮一號”端坐在70米高的長征二號F火箭上
“天宮一號”歷史地位：
載人航天工程第二步
羊城晚報(bào)：“天宮一號”發(fā)射，意味著中國載人航天走到了哪一步？
焦維新：應(yīng)該說是中國載人航天工程的第二步，第三步是建立永久性空間站。只有實(shí)現(xiàn)了交會(huì)對接，建立的空間站才有用。所以，最關(guān)鍵是考驗(yàn)對接技術(shù)。
龐之浩：“天宮一號”是空間實(shí)驗(yàn)室的雛形，為后面的二號、三號做準(zhǔn)備。我們在2016年以前還要發(fā)射天宮二號、三號，那就是空間實(shí)驗(yàn)室了，為后面的空間站做準(zhǔn)備。第三步，在2020年我們要建立自己的空間站，也將是多艙式的，一個(gè)核心艙對接兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙。
羊城晚報(bào)：交會(huì)對接成功的意義何在？
焦維新：建設(shè)大型空間站不是一次就能到位的，需要多次組裝?？臻g站在運(yùn)行過程中需要定時(shí)更換維修一些設(shè)備，航天員也要經(jīng)常更換。所以，太空對接是一項(xiàng)經(jīng)常性的工作。如果這個(gè)關(guān)鍵技術(shù)不解決，下邊的工作就沒法進(jìn)行，也沒法建空間站。
龐之浩：首先，交會(huì)對接技術(shù)可以為長期在軌運(yùn)行的空間設(shè)施提供人員的運(yùn)輸和物資的補(bǔ)給，要通過飛船、通過交會(huì)對接技術(shù)才能把人和貨運(yùn)上去，工作完后還要分離，把人運(yùn)回來。第二，現(xiàn)在的航天器越來越大，不可能靠運(yùn)載火箭一次運(yùn)上去。分成多個(gè)模塊逐步送上去以后，通過交會(huì)對接才能組成大型多艙式的空間站。第三，可以用于在軌航天器之間的互訪。還可以實(shí)現(xiàn)物資轉(zhuǎn)運(yùn)，可提供緊急救生。這個(gè)空間站著火了，我坐飛船到那個(gè)空間站，人到那邊躲一下，不一定非得返回地面。
羊城晚報(bào)：交會(huì)對接的難度和風(fēng)險(xiǎn)主要有哪些？“天宮一號”和神舟系列在太空中“N+1”式的交會(huì)對接模式前所未有，意義何在？
焦維新：交會(huì)對接要突破三大難關(guān)：一是位置的控制，二是速度的控制，三是姿態(tài)的控制。交會(huì)對接包括兩個(gè)不同的階段，先是交會(huì)，然后才是對接。
交會(huì)是讓兩個(gè)航天器在預(yù)定的時(shí)間同時(shí)到達(dá)一個(gè)指定的地點(diǎn)聚集。有時(shí)候交會(huì)不一定要求對接，對接還有更復(fù)雜的技術(shù)，要準(zhǔn)確地調(diào)整高度、位置、相對速度以及兩個(gè)航天器的姿態(tài)，使兩個(gè)航天器軸線基本上在一條直線上平穩(wěn)、安全地靠近。然而，兩個(gè)航天器距離地面三百多公里，以極高的速度運(yùn)行，基本上是第一宇宙速度(7.8公里/秒)，要實(shí)現(xiàn)極小誤差的精準(zhǔn)控制是非常難的。
舉個(gè)例子，大家經(jīng)?？吹降馁愜?，如果要求飛奔的兩輛賽車始終保持在一米之內(nèi)的距離，難度很大，稍有差池就會(huì)撞上。所以，這對我們的導(dǎo)航定位系統(tǒng)是一個(gè)嚴(yán)格的考驗(yàn)。此外，對接機(jī)械的設(shè)計(jì)是否合理，將要經(jīng)受檢驗(yàn)。
徐克俊：對接有兩套方案：一種是機(jī)械式(手動(dòng)控制)，一種是無線引導(dǎo)式(自動(dòng)控制)，兩種方式各有利弊。手動(dòng)控制完成空間交會(huì)對接成功率高，但缺點(diǎn)是工作時(shí)間長，從幾個(gè)小時(shí)到幾天，而且工作強(qiáng)度很大，此外還受空間環(huán)境條件(如光照)的嚴(yán)格限制等。用自動(dòng)控制來完成對接相對輕松些，但需要分布很廣的地面站或中繼衛(wèi)星，花費(fèi)巨大。
龐之浩：“天宮一號”要先后和三艘飛船完成交會(huì)對接，一個(gè)目標(biāo)飛行器進(jìn)行三次對接，只需要發(fā)射四個(gè)航天器就夠了，可以節(jié)省兩次發(fā)射成本，而且還縮短了研制周期。
貳
中國為何要建設(shè)自己的空間站：
科學(xué)意義大應(yīng)用價(jià)值高
龐之浩說，發(fā)射“天宮一號”并無太大問題，關(guān)鍵是“神八”能否與其成功對接。徐克俊說，對接有兩套方案———手動(dòng)機(jī)械式和無線引導(dǎo)式，兩者各有利弊。焦維新認(rèn)為，兩年后“天宮”可能在指令控制下墜海。
“天宮一號”主要任務(wù)：
完成交會(huì)對接實(shí)驗(yàn)
羊城晚報(bào)：作為空間實(shí)驗(yàn)站的雛形，“天宮一號”(重8噸)與人們熟悉的國際空間站(重450噸)，構(gòu)造及功能上有何不同？
焦維新：沒有本質(zhì)區(qū)別，主要還是規(guī)模不同。前蘇聯(lián)的“禮炮號”空間站也不是特別大，后來的“和平號”規(guī)模較大，有100多噸。其次是功能不同，能夠進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的種類、內(nèi)容、方式等，都有很大差別。另外，由于空間站比較大，設(shè)施較為完備，航天員能夠在上面停留更多時(shí)間。
龐之浩：嚴(yán)格意義上講，“天宮一號”還算不上是空間站，它只是一個(gè)簡易的空間實(shí)驗(yàn)室。其他區(qū)別還有：首先，它的壽命只有2年，航天員只能短期駐守；其他空間站的壽命可達(dá)5至10年，甚至更長，航天員每次在軌時(shí)間多在百日以上。其次，空間實(shí)驗(yàn)室空間小，對接口少，沒有擴(kuò)展能力。而且，所需燃料和給養(yǎng)要一次帶齊，其他空間站則可以用貨運(yùn)飛船定期補(bǔ)給。“天宮”主要是要突破交會(huì)對接技術(shù)，為未來空間站的建設(shè)進(jìn)行技術(shù)實(shí)驗(yàn)。
羊城晚報(bào)：在航天員進(jìn)入“天宮一號”前，“天宮一號”主要用來做什么？
焦維新：主要任務(wù)是完成空間交會(huì)對接實(shí)驗(yàn)?？赡軙?huì)攜帶一些不需人操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但這不是重點(diǎn)。
龐之浩：“天宮”主要是為我國突破掌握交會(huì)對接技術(shù)研制的飛行器。今年先把“天宮”發(fā)射上去，以后神舟八號在無人情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交會(huì)對接，而神舟十號是要載人的。載人有兩個(gè)目的：不僅要掌握自動(dòng)對接技術(shù)，還要掌握手動(dòng)對接技術(shù)。人上去還要做一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括航天醫(yī)學(xué)科和空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)。
羊城晚報(bào)：據(jù)了解，2015年前，中國將陸續(xù)發(fā)射“天宮二號”、“天宮三號”兩個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室。與“一號”相比，四年后發(fā)射的“二號”、“三號”有何不同？
焦維新：“天宮二號”、“三號”將要進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將有別于“一號”，各有側(cè)重。比如說，最多能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的種類不同，能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容量也不同。
羊城晚報(bào)：“天宮一號”為何壽命只有兩年？兩年后怎么處理？
焦維新：2006年“天宮一號”開始研制，它只是一艘試驗(yàn)飛船，兩年后，可能在指令控制下墜入大海。
龐之浩：決定一個(gè)空間站壽命的因素很多，主要是經(jīng)費(fèi)和材料技術(shù)。其次，構(gòu)成空間站的部件，在外太空高輻射、高溫差等惡劣環(huán)境條件下的壽命也很有限。國際空間站的設(shè)計(jì)壽命本來是到2015年，但美俄希望能夠延長到2020年。“天宮一號”的壽命是根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)來設(shè)計(jì)的。中國能夠在兩年內(nèi)完成無人和載人交會(huì)對接實(shí)驗(yàn)任務(wù)，就沒必要發(fā)射壽命更長的實(shí)驗(yàn)飛行器，以免徒增成本。
科學(xué)探索期待獨(dú)特成果
近年來，國際社會(huì)對中國發(fā)射“天宮一號”給予了強(qiáng)烈關(guān)注。然而，由于各種原因，中國載人航天一直沒有獲邀參與國際空間站的合作。“天宮一號”如果能使交會(huì)對接技術(shù)獲得突破，2020年的中國空間站將是獨(dú)一無二的國際空間站。
太空探索尚無獨(dú)特成果，與大國地位不相稱
自己建設(shè)空間站時(shí)機(jī)已到
羊城晚報(bào)：中國為什么要耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力建造自己的空間站？
焦維新：概括起來，科學(xué)意義、應(yīng)用價(jià)值，都是吸引國家建立空間站的原因。預(yù)計(jì)我們的空間站建成以后，在很多領(lǐng)域都會(huì)展開實(shí)驗(yàn)，包括觀天測地、利用微重力環(huán)境進(jìn)行材料科學(xué)等實(shí)驗(yàn)。據(jù)我所知，許多行業(yè)的科學(xué)家已經(jīng)提出了很多實(shí)驗(yàn)方案，有關(guān)部門正在精選。
我國航天事業(yè)的指導(dǎo)思想就是不模仿，將創(chuàng)新性和可行性結(jié)合起來。人類太空科學(xué)發(fā)展的歷史已有五十多年，這期間真正推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的主要是歐美俄。我國雖然在七十年代就發(fā)射了衛(wèi)星，但主要還是一些應(yīng)用衛(wèi)星，在科學(xué)探索方面還沒有獨(dú)特的成果，這與大國的地位是不相稱的。以前局限于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平，現(xiàn)在我們的經(jīng)濟(jì)足以為發(fā)展空間科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造很好的條件。
2020年，可能只有中國擁有空間站
將建設(shè)成為國際空間站
羊城晚報(bào)：中國為什么沒有參與國際空間站合建？還有加入的可能嗎？
焦維新：國際空間站在醞釀建設(shè)過程中沒邀請我們，這是原因之一。另外考慮自己的情況，一開始我們也沒有開展載人航天的活動(dòng)，也沒有特殊技術(shù)。神舟飛船還只是實(shí)驗(yàn)性的飛船，只有空間交會(huì)對接技術(shù)得到圓滿解決，我們的飛船才可以進(jìn)行商業(yè)飛行，這樣一來，飛船不僅可以和我們的空間實(shí)驗(yàn)室以及未來的空間站對接，如果需要合作，將來還可以和國際空間站對接。
我個(gè)人認(rèn)為，如果我們的交會(huì)對接技術(shù)解決了，是可以考慮加入國際空間站的。當(dāng)然，我們也要考慮到參加的條件，比如說我們租賃一個(gè)艙，可以租多長時(shí)間、體積多大、收費(fèi)如何，是否參加，要綜合考慮政治、經(jīng)濟(jì)以及各方面技術(shù)等因素。
羊城晚報(bào)：2020年國際空間站將結(jié)束其使命，而按規(guī)劃，2020年前后中國的空間站正好進(jìn)入軌道。中國的空間站能否擔(dān)負(fù)新的國際空間站職能？
焦維新：我想肯定會(huì)是這樣。我們的空間站預(yù)計(jì)在2020年到2022年之間建成。那時(shí)候在太空運(yùn)行能夠進(jìn)行多學(xué)科實(shí)驗(yàn)的空間站，恐怕只有我們中國。由于科學(xué)實(shí)驗(yàn)有其連續(xù)性，其他國家的科學(xué)家想進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，只有和中國進(jìn)行合作，如果有發(fā)達(dá)國家科學(xué)家參加，他們攜帶先進(jìn)的科學(xué)設(shè)備，我想我們也會(huì)歡迎的。
所以，未來的空間站不光是中國開展多學(xué)科實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，也可能會(huì)吸引多國的科學(xué)家參加，那就變成一個(gè)國際性的空間站了。這將是中國人引以為豪的一件事情。
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“天宮一號”整裝待發(fā) “天宮”整裝待發(fā) “神八”運(yùn)抵酒泉 羊城晚報(bào)訊 昨天傍晚，運(yùn)載著發(fā)射“神舟八號”的火箭專列徐徐駛?cè)霒|風(fēng)航天城火車站，標(biāo)志著“神舟八號”星箭正式進(jìn)入發(fā)射場區(qū)，中國載人航天計(jì)劃空間交會(huì)對接工程進(jìn)入新節(jié)點(diǎn)。 “神舟八號”能否順利升空與“天宮一號”完成空間交會(huì)對接，火箭將起到至關(guān)重要的作用，因此火箭專列的保衛(wèi)顯得格外重要。記者在車站看到，從車站候車室到站臺(tái)均有多名安保人員在警戒。 站臺(tái)候車樓的房檐上早已掛起了一條紅色的條幅，大書14字———熱烈歡迎“神舟八號”火箭專列進(jìn)場。站臺(tái)上，十幾面紅旗迎風(fēng)飄揚(yáng)，一支由30多名身穿演出服裝的樂手組成的鑼鼓隊(duì)正在指揮的帶領(lǐng)下演練西北特有的“威風(fēng)鑼鼓”。 “敬禮！”18時(shí)13分，一聲剛勁有力的聲音劃破安靜的天空，剛剛沉寂了幾分鐘的威風(fēng)鑼鼓隊(duì)也幾乎在同時(shí)奏響樂聲，遠(yuǎn)處傳來火車汽笛的低鳴———運(yùn)載“神舟八號”火箭的專列徐徐駛?cè)霒|風(fēng)航天城火車站。 專列停穩(wěn)后，車門打開，首先出來的是一面藍(lán)色的旗幟，鑲嵌著金黃色的穗兒，旗幟上還寫著巨大的兩個(gè)字———“神箭”。 “一路上辛苦了。”“保證完成任務(wù)。” 迎接專列的專家們和護(hù)送火箭的技術(shù)人員們的手緊緊地握在一起…… 據(jù)悉，“神舟八號”火箭專列抵達(dá)東風(fēng)航天城后，將于近日轉(zhuǎn)運(yùn)至組裝車間進(jìn)行一系列調(diào)試和組裝、檢測。 此前曾有報(bào)道稱，“神舟八號”飛船將于今年11月初發(fā)射，它將與即將發(fā)射的“天宮一號”目標(biāo)飛行器完成空間交會(huì)對接。 “長征2F改”大量采用冗余技術(shù) 酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地火箭指揮員周曉明接受本報(bào)專訪： “天宮一號”無論是重量、還是體積，與之前發(fā)射“神舟”系列飛船都有一定的不同。如何保證“天宮一號”順利發(fā)射升空，并成功將其送入指定軌道？酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地發(fā)射場測試站副總工程師、火箭指揮員周曉明接受本報(bào)記者專訪時(shí)透露，為適應(yīng)“天宮一號”的發(fā)射，ZC-2F運(yùn)載火箭技術(shù)改進(jìn)達(dá)176項(xiàng)之多，并首次采用冗余技術(shù)以保證火箭運(yùn)行的安全和可靠性。 6月29日，火箭運(yùn)抵發(fā)射場。由于此次任務(wù)中火箭測試的周期由原來的3個(gè)月縮短至50多天，加之今年是發(fā)射場發(fā)射任務(wù)最密集的一年，共有6次發(fā)射任務(wù)，工作量巨大，周曉明在執(zhí)行“天宮”任務(wù)的同時(shí)還要兼顧衛(wèi)星發(fā)射、火箭測試等任務(wù)，壓力很大。 周曉明介紹，與以往發(fā)射任務(wù)不同的是，運(yùn)載“天宮一號”的火箭雖然仍然是“長征2F”系列，但為了適應(yīng)新任務(wù)的需求，火箭的技術(shù)改進(jìn)項(xiàng)目達(dá)176項(xiàng)，運(yùn)抵發(fā)射場時(shí)不得不分割成八個(gè)部分才通過了鐵路沿線的一條條隧道，在發(fā)射場的整裝工作也顯得比以前復(fù)雜了許多。所以，火箭應(yīng)該叫作“長征2F改”運(yùn)載火箭。 周曉明透露，由于“天宮一號”的重量比以前的飛船增加，需增加運(yùn)載火箭的推力，其重量也因燃料的增加而增重9噸，這是火箭最主要的改進(jìn)內(nèi)容。由于“天宮”不載人，逃逸系統(tǒng)不再參與任務(wù)。 為適應(yīng)“天宮一號”的發(fā)射，ZC-2F運(yùn)載火箭技術(shù)改進(jìn)達(dá)176項(xiàng)之多，并首次采用冗余技術(shù)以保證火箭運(yùn)行的安全性和可靠性。 “‘冗余技術(shù)’是系統(tǒng)備份技術(shù)，就是在火箭的關(guān)鍵設(shè)備上裝置2-3個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，啟用備份系統(tǒng)可提高火箭的運(yùn)行安全性和可靠性，運(yùn)載火箭大量采用了冗余技術(shù)。”周曉明說。 據(jù)周曉明的同事們介紹，周曉明是伴隨著“神舟”飛船的發(fā)射而成長起來的專家，從“神一”到“神七”飛船再到“天宮一號”的發(fā)射任務(wù)，經(jīng)驗(yàn)老道，業(yè)務(wù)精湛。周曉明從“神一”時(shí)推進(jìn)劑利用系統(tǒng)的一名操作手到動(dòng)力系統(tǒng)總指揮，是一步一個(gè)腳印成長起來的指揮員，2008年首次擔(dān)任火箭副總工程師，此次首次擔(dān)任天宮一號火箭指揮員。 “天宮一號”及神舟飛船會(huì)否受到太空垃圾的影響？ 只能通過預(yù)報(bào)及時(shí)躲避 羊城晚報(bào)：“天宮一號”能否為航天員提供良好的工作和生活環(huán)境？ 焦維新：首先和“天宮一號”對接的“神舟八號”是不載人的，沒有航天員到實(shí)驗(yàn)室工作，所以在“天宮一號”中沒有必要建立一套完善的生命保障系統(tǒng)。 龐之浩：“天宮”的實(shí)驗(yàn)艙大部分是密封的，里面可以提供人能適應(yīng)的壓力、溫度、氧氣等，可以在里面生活。還有一部分是非密封的，據(jù)說里面是再生式生命保障系統(tǒng)，可以循環(huán)使用水資源。它的推進(jìn)艙主要提供電源和動(dòng)力。它有太陽能電池板和發(fā)動(dòng)機(jī)。 羊城晚報(bào)：“天宮一號”及神舟飛船會(huì)否受到太空垃圾的影響？“天宮一號”是否有“防撞”措施？ 焦維新：目前的太空碎片已經(jīng)非常多了，十厘米以上的有兩萬兩千多個(gè)，這對航天器的威脅非常大，在地面用望遠(yuǎn)鏡或者雷達(dá)是可以探測到的。十厘米以下的也非常多，毫米的就有幾億個(gè)。碎片不光是威脅載人航天，對其他的航天器也有害。 現(xiàn)在還沒有一個(gè)有效的治理方法，負(fù)責(zé)空間天氣預(yù)報(bào)的人要監(jiān)測大碎片的分布情況，對大碎片的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做出預(yù)報(bào)，假如預(yù)知附近有碎片穿過我們的軌道，可能對我們的飛船造成危害，就得躲著點(diǎn)。“天宮一號”和神舟都有可能受到這些太空垃圾的影響，“天宮一號”沒有專門的防撞措施，只有通過預(yù)報(bào)進(jìn)行躲避。 羊城晚報(bào)：對中國來說，“太空游”的夢想還有多遠(yuǎn)？ 焦維新：商業(yè)太空漫游還需要一定的時(shí)間，恐怕還要二十年以后。 龐之浩：交會(huì)對接技術(shù)一旦得到解決，將在未來的太空旅行中大顯身手。為了體驗(yàn)失重下的真實(shí)感受、居高臨下看地球、看月球，不少人開始熱衷于太空旅游。而未來的月球旅行和太空漫步游都會(huì)越來越依賴于交會(huì)對接技術(shù)，不再需要用造價(jià)極高的大推力火箭把人們送上太空，而是用比較適中的火箭把旅行者和貨物分別送上太空就可以了，這樣增加了安全系數(shù)，也更便宜。 文/羊城晚報(bào)特派記者 孫朝方 張小磊 溫建敏 圖/羊城晚報(bào)特派記者 陳文筆 (發(fā)自酒泉） |
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