８位總設(shè)計(jì)師解讀交會對接創(chuàng)新亮點(diǎn)
新華社１０月３１日電(新華社“新華視點(diǎn)”記者)“飛船的每次發(fā)射，看似一樣，實(shí)際上絕非簡單重復(fù)。”酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心主任崔吉俊接受新華社記者采訪時(shí)說。
神舟八號飛船發(fā)射前夕，載人航天工程各大系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)師向新華社記者詳細(xì)解讀了各大系統(tǒng)在此次任務(wù)中最值得“說道”的創(chuàng)新亮點(diǎn)。
發(fā)射場系統(tǒng)：流程再造應(yīng)對高密度發(fā)射
記者李宣良酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心報(bào)道：２０１０年發(fā)射１５枚火箭、２０顆衛(wèi)星，２０１１年發(fā)射２０枚火箭、２５顆衛(wèi)星……中國的航天已進(jìn)入高密度發(fā)射時(shí)期。
“在高密度發(fā)射期，發(fā)射場成了稀缺資源?！陛d人航天工程發(fā)射場系統(tǒng)總指揮、酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心主任崔吉俊說，“我們通過流程再造和信息化改造，大大提升了發(fā)射場的發(fā)射能力?！?/p>
在這次神舟八號發(fā)射任務(wù)中，發(fā)射場系統(tǒng)新建了加注扣罩廠房，優(yōu)化了船箭聯(lián)合體的測試流程，使得整流罩扣罩程序由兩次扣罩簡化為一次扣罩，不僅縮短了發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間，還提升了安全性。此外，發(fā)射場系統(tǒng)還進(jìn)行了信息化升級，對地面設(shè)施設(shè)備加強(qiáng)了在線監(jiān)測工作。檢測參數(shù)比以前多了２０％，從而對設(shè)施設(shè)備狀態(tài)的判斷也更加有效。
流程再造，效益明顯。以前發(fā)射長征二號Ｆ要準(zhǔn)備６０天，現(xiàn)在只要４０天左右。
火箭系統(tǒng)：１９０多項(xiàng)改進(jìn)鑄就“最精準(zhǔn)”
記者李惠子酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心報(bào)道：“這次發(fā)射，不僅發(fā)射窗口是‘零窗口’，入軌精度上還要做到‘零誤差’?！陛d人航天工程運(yùn)載火箭系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師荊木春說，為此執(zhí)行發(fā)射任務(wù)的長征二號Ｆ遙八火箭在長征二號Ｆ火箭的基礎(chǔ)上進(jìn)行了１９０多項(xiàng)改進(jìn)，“可以說是一枚新研制的火箭”。
荊木春介紹，針對這次任務(wù)的特點(diǎn)，運(yùn)載火箭的操作程序、制導(dǎo)方式、技術(shù)狀態(tài)等方面，都進(jìn)行了周密的準(zhǔn)備。
在操作程序方面，將整流罩的扣罩方式由以前的兩次扣罩簡化為一次扣罩，既提高了速度又增加了安全性。在制導(dǎo)方式方面，采用了迭代制導(dǎo)的方式，可以使精度提高兩到三倍。
“迭代制導(dǎo)是一種比以前的固定攝動制導(dǎo)更為先進(jìn)的制導(dǎo)方式，在火箭沿著軌道飛向預(yù)定目標(biāo)的時(shí)候，通過實(shí)時(shí)的迭代計(jì)算的方式來不斷修正軌道，不斷逼近目標(biāo)。”荊木春說，“可以預(yù)料，長征二號Ｆ遙八火箭將是我們迄今為止打得最準(zhǔn)的火箭?！?/p>
飛船系統(tǒng)：具備自動和手動對接功能
記者徐壯志北京飛控中心報(bào)道：雖然從外表看，神舟八號飛船和以前的飛船除了頂端的對接機(jī)構(gòu)外，差別不是很大。但實(shí)際上，經(jīng)過改進(jìn)的神舟八號有了脫胎換骨般的變化。
載人航天工程飛船系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師張柏楠介紹，全船６００多臺套設(shè)備中，一半以上發(fā)生了技術(shù)狀態(tài)變化。其中，新研設(shè)備約占１５％，改進(jìn)設(shè)備約占４０％。
這些改進(jìn)主要集中在兩個(gè)方面：一是具備了自動和手動交會對接功能，新增和改進(jìn)了許多關(guān)鍵性的設(shè)備，包括異體同構(gòu)周邊式對接機(jī)構(gòu)、多種交會對接測量設(shè)備，增加配置了反推發(fā)動機(jī)和平移發(fā)動機(jī)，改進(jìn)研制了航天員手動控制設(shè)備；二是提高了飛船的性能及安全性、可靠性，對部分系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。飛船在前期可獨(dú)立飛行５－７天的基礎(chǔ)上，具有了與目標(biāo)飛行器對接后?？浚保福疤斓哪芰Γ惶柗灏l(fā)電能力比一期飛船增加了５０％；改進(jìn)了降落傘和著陸緩沖系統(tǒng)，提高了安全性和可靠性。
“隨著技術(shù)狀態(tài)的逐步穩(wěn)定，后續(xù)任務(wù)中神舟飛船將開始組批生產(chǎn)?！睆埌亻f。
空間實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)：從溫飽到小康
記者孫彥新北京飛控中心報(bào)道：天宮一號目標(biāo)飛行器，就是一個(gè)小型的長期在軌運(yùn)行的軌道站或是空間實(shí)驗(yàn)室。
雖然中國載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平用“麻雀雖小，五臟俱全”來形容天宮一號，但實(shí)際上，天宮一號實(shí)驗(yàn)艙的空間比神舟飛船要大許多，達(dá)到了１５立方米。作為中國目前研制的最大的載人航天器，天宮一號為航天員提供了更為寬敞的工作生活空間。
天宮一號除了完成交會對接以外，它還可以提供人的訪問、工作、生活的支持能力?！叭绻f神舟飛船里面的空間是溫飽水平的話，那么天宮一號里面的空間就達(dá)到了小康水平。”空間實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師白明生說。
“載人航天的理念就是以人為本，天宮一號的每一處設(shè)計(jì)，都考慮到航天員的需求?！卑酌魃榻B，天宮一號采取了多項(xiàng)人性化設(shè)計(jì)，為航天員提供舒適的載人環(huán)境。實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的照明、睡眠區(qū)、空氣成分都有良好的控制。艙內(nèi)設(shè)立了兩個(gè)相對獨(dú)立的睡眠區(qū)，拉上簾后，兩個(gè)區(qū)域相對封閉，為航天員提供了隱私環(huán)境。航天員可以在里面睡覺，也可以看書聽音樂。
航天員系統(tǒng)：交會對接任務(wù)訓(xùn)練緊鑼密鼓
記者白瑞雪酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心報(bào)道：雖然神舟八號飛船不載人，但如果進(jìn)展順利，最快在２０１２年上半年發(fā)射的神舟九號飛船上就將出現(xiàn)中國航天員的身影。
航天員系統(tǒng)總指揮兼總設(shè)計(jì)師、航天員科研訓(xùn)練中心主任陳善廣說，中國航天員正在接受交會對接任務(wù)訓(xùn)練，第一批航天員仍將是這一階段交會對接任務(wù)的主力，兩名女航天員也通過了飛行乘組的初步選拔。
“男女有很多共性，也存在大量差異。要驗(yàn)證人類是否真正能夠在太空生存，必須對男女航天員都進(jìn)行考察?！标惿茝V表示，中國之所以選拔和培訓(xùn)女航天員，是因?yàn)闆]有女性參與的太空活動是不完整的。
陳善廣說，手動交會對接技術(shù)是航天員訓(xùn)練的重點(diǎn)。在人工交會對接中，航天員要根據(jù)電視圖像、位置距離速度等信息來判定兩個(gè)航天器的姿態(tài)并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成對接任務(wù)，對航天員眼手協(xié)調(diào)性、操作精細(xì)性和心理素質(zhì)要求特別高。因此，要對航天員進(jìn)行反復(fù)的嚴(yán)格的訓(xùn)練，一般要經(jīng)過數(shù)百次到上千次的訓(xùn)練才能滿足要求。
空間應(yīng)用系統(tǒng)：邁開國際合作的歷史性一步
記者王經(jīng)國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心報(bào)道：造船為建站，建站為應(yīng)用。在載人航天的發(fā)展規(guī)劃中，空間應(yīng)用是最為重要的目標(biāo)之一，而神舟八號邁開了中國載人航天工程空間應(yīng)用國際合作的第一步。
空間應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師趙光恒介紹，中德合作開展的１７項(xiàng)空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，中方承擔(dān)１０項(xiàng)、德方承擔(dān)６項(xiàng)、雙方合作１項(xiàng)，內(nèi)容涵蓋了基礎(chǔ)生物學(xué)、空間生物技術(shù)、先進(jìn)生命支持系統(tǒng)中的基礎(chǔ)生物學(xué)以及空間輻射生物學(xué)等４個(gè)領(lǐng)域?！斑@些都是國際前沿的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對于推進(jìn)微重力科學(xué)、空間生命科學(xué)領(lǐng)域的研究和技術(shù)發(fā)展具有重要意義。”
雖然我國要在２０２０年前后才建成長期在軌的空間站，但空間應(yīng)用系統(tǒng)從２００６年開始，就已經(jīng)全面策劃、研究利用載人空間站進(jìn)行大規(guī)模的空間應(yīng)用問題。
“這將是一個(gè)開放的合作平臺，全世界的科學(xué)家都有機(jī)會利用中國空間資源，開展對全人類具有重要意義的科學(xué)研究?！壁w光恒說，“從中獲益的，將是全世界?！?/p>
測控通信系統(tǒng)：覆蓋率由１７％提升到６９％
記者田兆運(yùn)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心報(bào)道：交會對接，難在測控。神舟八號和天宮一號實(shí)施的是自動對接，其全部動作主要依靠測控通信系統(tǒng)來實(shí)施與完成。
由于有中繼衛(wèi)星的“保駕護(hù)航”，載人航天工程測控通信系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師錢衛(wèi)平顯得信心十足：“中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的加入，使得我國載人航天測控通信網(wǎng)的覆蓋率由１７％提升到６９％，將為交會對接任務(wù)提供有力支持?！?/p>
這是我國首次在航天測控網(wǎng)中全面使用中繼衛(wèi)星。航天器太空運(yùn)行數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”是中繼衛(wèi)星，可為中、低軌資源衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，從而極大提高各類衛(wèi)星使用效益和應(yīng)急能力。“中繼衛(wèi)星的使用，標(biāo)志著我國正式建成了陸?？仗煲惑w化的航天測控網(wǎng)?！卞X衛(wèi)平說。
錢衛(wèi)平說，針對飛控實(shí)施時(shí)間緊的要求，測控通信系統(tǒng)還對飛控流程進(jìn)行了優(yōu)化和細(xì)化，為飛控中心專門研制了注入數(shù)據(jù)快速驗(yàn)證會簽系統(tǒng)，這使飛控實(shí)施效率獲得了大幅提升。
著陸場系統(tǒng)：主著陸場區(qū)的范圍增加７６％
記者黎云酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心報(bào)道：著陸場系統(tǒng)是載人航天工程的最后一環(huán)。只有飛船平安返回了，任務(wù)才能算是圓滿結(jié)束。
載人航天工程著陸場系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師吳斌說，為適應(yīng)空間交會對接的軌道情況，主著陸場區(qū)的范圍增加了７６％，而運(yùn)行段應(yīng)急著陸區(qū)也增加了數(shù)目。此外，這次任務(wù)對搜索回收時(shí)間要求也更為嚴(yán)格，返回艙正常返回著陸情況下，搜索回收要在兩個(gè)半小時(shí)之內(nèi)完成；彈道式返回到主著陸場擴(kuò)大區(qū)時(shí)，必須在１２個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成搜索回收任務(wù)。
“著陸場區(qū)范圍的擴(kuò)大，對我們的快速反應(yīng)能力提出了更高要求?！眳潜笳f，著陸場新增了１架通信直升機(jī)，新研制了直升機(jī)載中繼衛(wèi)星通信終端，開通了與北京飛行控制中心的寬帶通信電路，攻克了一系列關(guān)鍵技術(shù)，保證返回艙搜索與救援全過程著陸場指揮所與北京中心之間調(diào)度、電話和圖像等通信方式連續(xù)不間斷。
“我們最終的目標(biāo)就是能夠既安全又快捷地搜索到返回艙，圓滿完成飛船返回艙的搜索、有效載荷的轉(zhuǎn)運(yùn)工作?！眳潜笳f。
交會對接全解讀
新華社北京１０月３１日電(新華社記者趙薇)
什么是交會對接？
空間的兩個(gè)航天器在同一時(shí)刻以同樣的速度到達(dá)同一個(gè)地點(diǎn)的軌道控制過程及結(jié)果稱作“軌道交會”。在空間將兩個(gè)航天器對接起來形成一個(gè)航天器的事件稱作“空間對接”。所謂“空間交會對接”是軌道交會和空間對接的總稱。
空間交會對接技術(shù)是建立空間站最基本最關(guān)鍵的技術(shù)，它與載人天地往返、出艙活動并稱載人航天的三大基本技術(shù)。
載人航天某型號副總設(shè)計(jì)師徐小平：這就如同一艘船要駛向遠(yuǎn)處的一個(gè)孤島，是一個(gè)尋覓靠近的過程。但這次是一個(gè)飛行器在軌高速運(yùn)行，另一個(gè)飛行器對軌發(fā)射，高速運(yùn)轉(zhuǎn)帶來很大的難題。
交會對接是怎樣完成的？
空間交會對接涉及兩個(gè)飛行器，一個(gè)是目標(biāo)飛行器，一個(gè)是追蹤飛行器。
空間交會與對接過程一般是由地面發(fā)射追蹤飛行器，由地面控制，使它按比目標(biāo)飛行器稍微低一點(diǎn)的圓軌道運(yùn)行；接著，通過變軌，使其進(jìn)入與目標(biāo)航天器高度基本一致的軌道，并與目標(biāo)航天器建立通信關(guān)系；追蹤飛行器調(diào)整自己與目標(biāo)飛行器的相對距離和姿態(tài)，向目標(biāo)飛行器靠近；最后當(dāng)兩個(gè)飛行器的距離為零時(shí)，完成對接合攏操作，結(jié)束對接過程。
北京飛控中心副總工程師李劍：變軌是為后續(xù)交會對接奠定基礎(chǔ)。近地飛行器發(fā)射后，受高層大氣阻力的影響，其軌道高度會逐漸降低。通過軌道抬升使其達(dá)到最適合對接的角度，盡量減少發(fā)動機(jī)開機(jī)，節(jié)省燃料。
交會對接有多難？
兩個(gè)重量極大的飛行器，在茫茫太空中以比子彈還快數(shù)倍的速度飛行，要完成無縫對接，難度好比百米之外“穿針引線”。交會過程中，如果軌道測量或計(jì)算稍有偏差，就可能失之毫厘，差之千里。
交會，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。對接的技術(shù)相對來說更為復(fù)雜，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)，靠近時(shí)相對速度極慢，速度快了就會產(chǎn)生碰撞。還要使兩個(gè)航天器軸線基本上在一條直線上，如果軸線相差很大，也沒法完成對接。
兩個(gè)航天器的軸線要求基本在一條直線上，要知道兩個(gè)航天器都距離地面３００多公里，以極高的速度運(yùn)行，基本上是第一宇宙速度（７．９公里／秒），要實(shí)現(xiàn)這個(gè)控制精度非常難，這對導(dǎo)航定位系統(tǒng)和對接機(jī)械都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平：交會對接技術(shù)是舉世公認(rèn)的航天技術(shù)難題，在國外航天器空間交會對接過程中，曾多次出現(xiàn)故障或失敗。這次交會對接任務(wù)中，我國科研人員在飛行產(chǎn)品研制過程中，始終堅(jiān)持“質(zhì)量第一、安全至上”的原則。
還有哪些國家進(jìn)行了交會對接？
目前為止，只有美國和俄羅斯掌握完整的交會對接技術(shù)。如果我國突破了交會對接技術(shù)，則將成為世界上第三個(gè)完全掌握交會對接技術(shù)的國家。
俄羅斯是世界上進(jìn)行航天器空間交會對接最多的國家，１９７１年４月６日成功發(fā)射第一個(gè)空間站——禮炮－１號，到在軌運(yùn)行達(dá)１５年的和平號空間站，歷時(shí)２３年，共發(fā)射三代空間站。期間共進(jìn)行近百次的交會對接，成功率超過９０％，約有８次失敗，且主要發(fā)生在初期。
美國在載人航天計(jì)劃中不斷研究、發(fā)展、改進(jìn)和完善了交會對接技術(shù)。在阿波羅登月計(jì)劃中，為了發(fā)展和驗(yàn)證交會對接等關(guān)鍵技術(shù)，美國研制并發(fā)射了雙子星座號系列飛船。１９９５—１９９８年，美國的航天飛機(jī)還成功地完成與和平號空間站的９次交會對接。
載人飛船系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師張柏楠：早期美國和蘇聯(lián)冷戰(zhàn)太空競賽，急于盡快驗(yàn)證技術(shù)，最大特點(diǎn)是要求快。尤其美國在載人航天發(fā)展過程中一直在反復(fù)搖擺，政策不穩(wěn)定，因而空間站建設(shè)也不是特別成熟。
而中國的最大特色也是老一輩人留下的經(jīng)驗(yàn)：目標(biāo)明確、路徑堅(jiān)定。正是本著這樣的原則，我們才能實(shí)現(xiàn)只經(jīng)過９次發(fā)射就到了空間實(shí)驗(yàn)室的階段的快速發(fā)展。
交會對接有何意義？
空間交會對接技術(shù)的作用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。一是為長期運(yùn)行的空間設(shè)施提供物資補(bǔ)給和人員運(yùn)輸服務(wù)。二是為大型空間設(shè)施的建造和運(yùn)行服務(wù)。三是進(jìn)行空間飛行器重構(gòu)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。
交會對接技術(shù)的另一個(gè)重大潛在應(yīng)用領(lǐng)域是載人登月和深空探測任務(wù)。這些任務(wù)所需運(yùn)載能力巨大，通過多次發(fā)射和交會對接技術(shù)在近地軌道完成軌道轉(zhuǎn)移飛行器的組裝，是降低對單發(fā)運(yùn)載火箭能力需求的有效途徑。
周建平：我國進(jìn)行首次交會對接，一方面要確保通過這幾次飛行試驗(yàn)，徹底掌握交會對接技術(shù)，另一方面要通過實(shí)現(xiàn)交會對接的過程，為今后空間站的研制打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
