9月20日，天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體以每小時(shí)22米左右的速度，行進(jìn)1500米，于10時(shí)09分鐘到達(dá)發(fā)射架。當(dāng)日，中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人宣布，我國(guó)將實(shí)施載人航天工程首次空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)的天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體已從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心垂直總裝測(cè)試廠房順利轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。天宮一號(hào)將于9月27日至30日擇機(jī)發(fā)射。新華社記者秦憲安攝

　　據(jù)報(bào)道，舉世矚目的“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器目前一切準(zhǔn)備工作就緒，將于最近發(fā)射升空。雖然具體的發(fā)射時(shí)間仍未有官方說法，但是公眾一直對(duì)其保持了較高的關(guān)注度。在以往的媒體報(bào)道中，多次提到，“天宮一號(hào)”只是空間站的雛形、是試驗(yàn)性空間站。那么試驗(yàn)性空間站有哪些特點(diǎn)？它和其他國(guó)家的空間試驗(yàn)站有何不同？未來，我國(guó)的空間站如何發(fā)展？針對(duì)這些熱點(diǎn)問題，8月23日，科技日?qǐng)?bào)記者專訪了我國(guó)航天專家龐之浩。

　　“天宮一號(hào)”是建造空間站的重要前提和技術(shù)保障

　　據(jù)報(bào)道，“天宮一號(hào)”并非真正的空間站，而是用于試驗(yàn)我國(guó)未來空間站項(xiàng)目所需技術(shù)的首個(gè)太空試驗(yàn)平臺(tái)，目的是為此后我國(guó)建設(shè)空間站做準(zhǔn)備。

　　回望蘇、美及歐洲航天局的空間站發(fā)展歷程，均為先研制試驗(yàn)性空間站、再建造其他空間站。龐之浩認(rèn)為，研制試驗(yàn)性空間站是建造空間站的重要前提和技術(shù)保障。

　　龐之浩告訴記者，試驗(yàn)性空間站和其他空間站是兩種既有聯(lián)系又有明顯區(qū)別的載人航天器，它們?cè)谌蝿?wù)目標(biāo)、功能規(guī)模、技術(shù)指標(biāo)、資金投入和研制周期等方面均有不同之處。

據(jù)了解，試驗(yàn)性空間站是為發(fā)展其他空間站，從運(yùn)輸器過渡到載人航天基礎(chǔ)設(shè)施的試驗(yàn)性航天器；而空間站指可供多名航天員巡訪、長(zhǎng)期工作和居住的載人航天器。

“天宮一號(hào)”在壽命、對(duì)接口等方面不同于其他空間站

結(jié)合國(guó)外試驗(yàn)性空間站和其他空間站的發(fā)展，龐之浩指出，兩者之間主要存在六大區(qū)別。

“首先，試驗(yàn)性空間站在軌壽命通常低于5年，而其他空間站可達(dá)5至10年，或者更長(zhǎng)?！彼f。

其次，試驗(yàn)性空間站的規(guī)模較小，對(duì)接口也少，沒有擴(kuò)展能力。而其他空間站至少有2個(gè)對(duì)接口，能同時(shí)對(duì)接載人運(yùn)輸器、貨物運(yùn)輸器或?qū)Ｓ脤?shí)驗(yàn)艙。

三是試驗(yàn)性空間站上的航天員一次在軌時(shí)間較短，一般是幾十天。而其他空間站上的航天員一次在軌時(shí)間大多為百天以上。

此外，兩者的區(qū)別還體現(xiàn)在：試驗(yàn)性空間站上的燃料和消耗品原則上要一次帶足，其他空間站則是用貨運(yùn)飛船定期進(jìn)行多次補(bǔ)給；試驗(yàn)性空間站上的有效載荷設(shè)備很少更換，但其他空間站可多次更換和增加實(shí)驗(yàn)儀器；試驗(yàn)性空間站上的航天員一般不進(jìn)行航天器的維修工作，只進(jìn)行試驗(yàn)、訓(xùn)練等，而其他空間站上的航天員要經(jīng)常進(jìn)行維修工作。

“簡(jiǎn)言之，試驗(yàn)性空間站的各方面要求均比空間站低，因而技術(shù)難點(diǎn)少，比較容易研制?！饼嬛普f。

談及“天宮一號(hào)”，龐之浩表示該飛行器與國(guó)外試驗(yàn)性空間站在功能和用途方面有相似之處，但質(zhì)量較小，約為8噸，而國(guó)外試驗(yàn)性空間站都為20噸級(jí)以上，因此稱其為簡(jiǎn)易“空間實(shí)驗(yàn)室”更加合適。

圖表：天宮一號(hào)９月２７日—３０日擇機(jī)發(fā)射新華社記者王永卓編制。

天宮1號(hào)目標(biāo)飛行器與神舟8號(hào)飛船交會(huì)示意圖

　　新聞背景

　　本月27日至30日，我國(guó)將擇機(jī)發(fā)射“天宮1號(hào)”目標(biāo)飛行器，它將和隨后發(fā)射的神舟8號(hào)飛船進(jìn)行我國(guó)首次空間交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。明年，還將陸續(xù)發(fā)射神舟9號(hào)、10號(hào)飛船與“天宮1號(hào)”實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。其中神舟8號(hào)是無人飛船，神舟9號(hào)是否載人未定，而神舟10號(hào)是載人飛船。

　　空間交會(huì)對(duì)接是除了載人航天器的發(fā)射并返回技術(shù)、空間出艙活動(dòng)技術(shù)之外，載人航天的三大基本技術(shù)之一。迄今為止，全世界共計(jì)進(jìn)行了300多次空間交會(huì)對(duì)接活動(dòng)，但只有美國(guó)和蘇聯(lián)/俄羅斯掌握了完整的空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)。此次，如果“天宮1號(hào)”和神舟8號(hào)“深情一吻”成功，中國(guó)將成為世界上第三個(gè)完整掌握這一技術(shù)的國(guó)家。

美國(guó)航天飛機(jī)與“國(guó)際空間站”對(duì)接

　　美國(guó)人先“吃螃蟹”

　　回首一：上世紀(jì)六七十年代，美蘇的空間技術(shù)競(jìng)賽進(jìn)行得十分激烈。而在空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)領(lǐng)域，是美國(guó)人先走了一步。

　　1966年3月16日，美國(guó)雙子星座8號(hào)載人飛船與改裝的“阿金納”火箭末級(jí)實(shí)現(xiàn)了世界上首次手動(dòng)交會(huì)對(duì)接，其中，“阿金納”火箭末級(jí)作為追蹤飛行器，雙子星座8號(hào)作為目標(biāo)飛行器。

　　在實(shí)施空間交會(huì)對(duì)接的2個(gè)航天器中，一個(gè)稱目標(biāo)飛行器，一般是空間站或其他的大型航天器，作為準(zhǔn)備對(duì)接的目標(biāo)，交會(huì)對(duì)接時(shí)保持穩(wěn)定狀態(tài)；另一個(gè)稱追蹤飛行器，一般是地面發(fā)射的宇宙飛船、航天飛機(jī)等，交會(huì)對(duì)接時(shí)要通過變軌來追趕目標(biāo)飛行器，實(shí)現(xiàn)兩者的交會(huì)對(duì)接。

　　這次交會(huì)時(shí)使用的測(cè)量設(shè)備是微波雷達(dá)、電視攝像機(jī)；對(duì)接機(jī)構(gòu)為“桿-錐”式結(jié)構(gòu)。

　　美國(guó)航天員阿姆斯特朗和斯科特乘坐雙子星座8號(hào)飛船，手動(dòng)操作交會(huì)過程。對(duì)接后，飛船猛烈滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)，阿姆斯特朗不得不將飛船與“阿金納”分開。但飛船仍在滾動(dòng)，改用手動(dòng)控制，才使飛船穩(wěn)定下來。后查明是因人為扳錯(cuò)開關(guān)造成姿控系統(tǒng)故障。為確保安全，飛船緊急返回。

　　此后，“雙子星座”飛船又成功進(jìn)行了3次交會(huì)對(duì)接。

???9月20日9時(shí)，天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體開始轉(zhuǎn)運(yùn)。當(dāng)日，中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人宣布，我國(guó)將實(shí)施載人航天工程首次空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)的天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體已從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心垂直總裝測(cè)試廠房順利轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。天宮一號(hào)將于9月27日至30日擇機(jī)發(fā)射。新華社記者秦憲安攝

　　技術(shù)解析：“桿-錐”式對(duì)接機(jī)構(gòu)

　　對(duì)接機(jī)構(gòu)是把兩個(gè)航天器合二為一的“紐帶”，具有關(guān)節(jié)的作用。目前常用的主要有“桿-錐”式和“異體同構(gòu)周邊”式。

　　“桿-錐”式對(duì)接機(jī)構(gòu)由“桿”和“錐”兩部分構(gòu)成，前者為主動(dòng)，裝在追蹤飛行器上，“錐”為被動(dòng)，裝在目標(biāo)飛行器上。對(duì)接時(shí)桿插入錐內(nèi)，然后錐將桿鎖定，接著拉緊兩個(gè)航天器，最終鎖定兩個(gè)對(duì)接面完成對(duì)接。

　　“桿-錐”式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量較輕。其缺點(diǎn)是對(duì)接機(jī)構(gòu)全部安裝在航天器殼體內(nèi)部，對(duì)接后占據(jù)較大內(nèi)部空間，其承載能力也比較低。另外，在應(yīng)用中需要主、被動(dòng)兩種機(jī)構(gòu)成對(duì)使用，不具有異體同構(gòu)性，通用性差。

俄羅斯進(jìn)步M-M貨運(yùn)飛船伸出對(duì)接用的桿準(zhǔn)備對(duì)接

蘇聯(lián)航天員沙塔洛夫在示意“聯(lián)盟”5號(hào)與“聯(lián)盟”4號(hào)的對(duì)接過程

　　蘇聯(lián)人完成了無人對(duì)接

　　回首二：1967年10月30日，蘇聯(lián)先后發(fā)射了2艘不載人的聯(lián)盟號(hào)飛船——宇宙-186、188，成功進(jìn)行了世界上第一次無人航天器自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。其中宇宙-186為追蹤飛行器，宇宙-188為目標(biāo)飛行器。它們采用“針”模擬測(cè)量系統(tǒng)和無通道的“桿-錐”式對(duì)接機(jī)構(gòu)。

　　1967年10月27日，宇宙-186率先上天；同年10月30日，宇宙-188被發(fā)射到距宇宙-186相差24千米的軌道上。此后，先通過地面站的導(dǎo)引指令，使宇宙-186進(jìn)行交會(huì)機(jī)動(dòng)，并進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，宇宙-188也進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，保持與宇宙-186的相對(duì)指向。接著，這2艘飛船啟動(dòng)“針”模擬測(cè)量系統(tǒng)，即用雷達(dá)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)測(cè)量彼此之間的相對(duì)距離、相對(duì)速度、相對(duì)角速度、相對(duì)方位角，并逐漸接近。當(dāng)相對(duì)距離為350米、彼此之間的相對(duì)速度降到2米/秒時(shí)，進(jìn)入最終逼近階段。在最終逼近階段，宇宙-188利用姿態(tài)控制推力器保持與宇宙-186同軸，宇宙-186伸出可伸縮的對(duì)接探桿，插到宇宙-188的接納錐中，實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

???9月20日10時(shí)9分，天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體以每小時(shí)22米左右的速度，行進(jìn)1500米，于10時(shí)09分鐘到達(dá)發(fā)射架。當(dāng)日，中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人宣布，我國(guó)將實(shí)施載人航天工程首次空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)的天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體已從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心垂直總裝測(cè)試廠房順利轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。天宮一號(hào)將于9月27日至30日擇機(jī)發(fā)射。新華社記者秦憲安攝

　　技術(shù)解析：手動(dòng)控制和自動(dòng)控制

　　航天器空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)的實(shí)施必須由高級(jí)控制系統(tǒng)來完成，根據(jù)航天員及地面站的參與程度可將控制方式劃分為如下四種類型：

　?。?）遙控操作：追蹤航天器的控制不依靠航天員，全部由地面站通過遙測(cè)和遙控來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)要求全球設(shè)站或者有中繼衛(wèi)星協(xié)助。

　?。?）手動(dòng)操作：在地面測(cè)控站的指導(dǎo)下，航天員在軌道上對(duì)追蹤航天器的姿態(tài)和軌道進(jìn)行觀察和判斷，然后動(dòng)手操作。

　　（3）自動(dòng)控制：不依靠航天員，由船載設(shè)備和地面站相結(jié)合實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。該控制方法亦要求全球設(shè)站或有中繼衛(wèi)星協(xié)助。

　?。?）自主控制：不依靠航天員與地面站，完全由船載設(shè)備自主實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。

　　從本質(zhì)上說，上述分類可歸結(jié)為人工控制方式或自動(dòng)控制方式。

　　用手動(dòng)控制來完成空間交會(huì)對(duì)接成功率高，但缺點(diǎn)是工作時(shí)間長(zhǎng)，從幾個(gè)小時(shí)到幾天，而且勞動(dòng)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)控制來完成空間交會(huì)對(duì)接不需考慮人員的安全和救生問題，但需要分布很廣的地面站或中繼衛(wèi)星，花費(fèi)巨大。

　　兩個(gè)擬交會(huì)對(duì)接的航天器在相距較遠(yuǎn)時(shí)一般都采用自動(dòng)控制，在相距較近時(shí)，美國(guó)采用手動(dòng)控制，俄羅斯仍采用自動(dòng)控制，只有在自動(dòng)控制失敗時(shí)才采用手動(dòng)控制。這可能是由于其地理位置決定的，俄羅斯橫跨歐亞大陸，因此可以滿足自動(dòng)控制中地面站數(shù)量的要求，美國(guó)則達(dá)不到這樣的條件。

　　未來的發(fā)展趨勢(shì)是人工控制和自動(dòng)控制相結(jié)合，以提高交會(huì)對(duì)接的靈活性、可靠性和成功率。

???天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體第一次出現(xiàn)在陽(yáng)光下（9月20日攝）。 9月20日，中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人宣布，我國(guó)將實(shí)施載人航天工程首次空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)的天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體已從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心垂直總裝測(cè)試廠房順利轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。天宮一號(hào)將于9月27日至30日擇機(jī)發(fā)射。新華社記者秦憲安攝

　　月球軌道上的交會(huì)對(duì)接

　　回首三：1969年7月，美國(guó)“阿波羅”登月艙與指令艙實(shí)現(xiàn)了首次月球軌道人控交會(huì)對(duì)接。

　　“阿波羅”登月飛船往返月球一次，需進(jìn)行二次交會(huì)對(duì)接，重構(gòu)航天器，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。第一次是指令艙在地球軌道分離后調(diào)頭180度，指令艙與登月艙對(duì)接；第二次是登月艙由月球返回時(shí)與月球軌道上的指令艙對(duì)接。

　　在地球軌道交會(huì)對(duì)接解決了降低火箭上升段逃逸質(zhì)量與人員進(jìn)入登月艙通道之間的矛盾；在月球軌道交會(huì)對(duì)接實(shí)現(xiàn)了將指令艙與登月艙的功能區(qū)分和獨(dú)立，大幅度降低了對(duì)火箭運(yùn)載能力的需求。其交會(huì)測(cè)量設(shè)備采用X頻段交會(huì)雷達(dá)，最終采用手動(dòng)完成。其對(duì)接機(jī)構(gòu)采用可移開的“桿-錐”式結(jié)構(gòu)。

　　1969年7月至1972年12月，美國(guó)先后發(fā)射了阿波羅-11至17共7艘登月飛船，除阿波羅-13發(fā)生意外事故中止登月任務(wù)外，其余6次完全成功。這說明“阿波羅”飛船使用的交會(huì)對(duì)接技術(shù)是可靠的。

　　技術(shù)解析：測(cè)量設(shè)備

　　兩個(gè)航天器要想在太空交會(huì)靠近，主要依靠航天器上測(cè)量設(shè)備，它是航天器之間進(jìn)行交會(huì)靠攏的“眼睛”。

　　兩個(gè)航天器之間為中長(zhǎng)距離時(shí)主要使用微波雷達(dá)、激光雷達(dá)、GPS差分接收機(jī)等；兩個(gè)航天器之間為短距離時(shí)主要使用光學(xué)成像敏感器和對(duì)接敏感器等。

　　交會(huì)對(duì)接漸成尋常事

　　回首四：1975年，蘇聯(lián)聯(lián)盟-19與美國(guó)阿波羅-18載人飛船首次進(jìn)行了兩個(gè)不同國(guó)家航天器的交會(huì)對(duì)接，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了從兩個(gè)不同發(fā)射場(chǎng)發(fā)射的航天器的交會(huì)對(duì)接，并首次使用了“異體同構(gòu)周邊”式對(duì)接機(jī)構(gòu)。

　　1995年至1998年，美國(guó)航天飛機(jī)成功與俄羅斯和平號(hào)空間站進(jìn)行9次交會(huì)對(duì)接；1998年至2011年，美國(guó)航天飛機(jī)成功與“國(guó)際空間站”進(jìn)行37次交會(huì)對(duì)接，沒有1次失敗，這充分顯示了美國(guó)航天飛機(jī)的交會(huì)對(duì)接技術(shù)十分先進(jìn)和可靠。航天飛機(jī)與空間站對(duì)接時(shí)使用的機(jī)構(gòu)是改進(jìn)的“異體同構(gòu)周邊”式。

　　迄今為止，全世界共計(jì)進(jìn)行了300多次空間交會(huì)對(duì)接活動(dòng)，但只有美國(guó)和蘇聯(lián)/俄羅斯掌握完整的空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)。歐洲和日本的轉(zhuǎn)移飛行器在“國(guó)際空間站”的空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)方面，分別得到了美國(guó)或俄羅斯的技術(shù)支持。歐洲自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器的對(duì)接機(jī)構(gòu)由俄羅斯提供，日本H-2轉(zhuǎn)移飛行器的對(duì)接機(jī)構(gòu)由美國(guó)提供。二者在飛行任務(wù)中均需要美國(guó)和俄羅斯的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)支持。

▲航天飛機(jī)上的“異體同構(gòu)周邊”式對(duì)接機(jī)構(gòu)特寫

　　技術(shù)解析：

　　“異體同構(gòu)周邊”式對(duì)接機(jī)構(gòu)

　　“異體同構(gòu)”是指追蹤飛行器和目標(biāo)飛行器上的對(duì)接機(jī)構(gòu)采用同樣結(jié)構(gòu)，沒有主動(dòng)、被動(dòng)之分；“周邊式”是指機(jī)構(gòu)不設(shè)置在中間，而是設(shè)置在周邊。對(duì)接時(shí)，追蹤飛行器上的對(duì)接機(jī)構(gòu)伸出裝在周邊的三個(gè)板狀導(dǎo)向器，使兩個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確地接觸，鎖定后對(duì)接機(jī)構(gòu)回縮拉緊對(duì)接面，最終鎖定兩個(gè)對(duì)接面完成對(duì)接。

　　“異體同構(gòu)周邊”式的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)接后通道暢通，對(duì)接連接環(huán)直徑較大承載能力大，適宜大質(zhì)量航天器間對(duì)接。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，質(zhì)量較大。

　　現(xiàn)有的對(duì)接系統(tǒng)要求有一定強(qiáng)度的對(duì)撞，不具有完全的異體同構(gòu)性。未來的對(duì)接機(jī)構(gòu)，應(yīng)該是堅(jiān)固的、重量輕的和弱碰撞的，這將降低航天器對(duì)接的風(fēng)險(xiǎn)。（龐之浩作者為《國(guó)際太空》雜志執(zhí)行主編）

???這是矗立在發(fā)射架的天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體（9月20日攝）。 9月20日，中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人宣布，我國(guó)將實(shí)施載人航天工程首次空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)的天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、長(zhǎng)征二F運(yùn)載火箭組合體已從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心垂直總裝測(cè)試廠房順利轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。天宮一號(hào)將于9月27日至30日擇機(jī)發(fā)射。新華社記者秦憲安攝