“天宫一号”目标飞行器

　　前不久，cctv的新闻报道中首次出现了“天宫一号”的实体画面。此前，这一中国为下一步建造太空空间站而研制的“目标飞行器”仅有电脑效果图和模型对外公开。

　　“‘天宫一号’实际上就是一个空间实验室的雏形。”中国载人航天工程副总指挥张建启表示。该工程新闻发言人最近透露说，各大系统研制进展顺利，初样产品的研制生产已基本完成，空间交会对接任务研制建设正全面展开。

　　1992年，中国载人航天工程正式启动，开始研制具有自主知识产权的系列飞船，并于1999年11月20日成功发射第一艘无人实验飞船“神舟一号”；2001年、2002年则分别进行无人飞船变轨控制（“神舟二号”）和模拟载人飞行（“神舟三号”）、提供航天员生活结构空间（“神舟四号”）；2003年、2005年又分别发射“神舟五号”、“神舟六号”载人飞船；去年9月25日，“神舟七号”实现首次太空出舱，让中国成为世界上第三个掌握该技术的国家。

　　“‘天宫一号’是中国空间站建设的起步。”多次参与中国应用卫星和载人航天及探月工程研制的中国工程院资深院士张履谦说。专家们指出，其使命是，保障航天员在轨短期驻留期间的工作、生活和安全；同时开展空间应用、航天医学实验、空间科学实验和空间站技术试验；初步建立能够短期载人、长期无人独立可靠运行的空间试验平台；尤其是要完成“交会对接”与相关实验。

　　“交会对接”

　　这颗重约8.5吨、类似一个简易空间实验室的飞行器很有可能在明年升向太空。第二年，它有望与“神舟八号”无人飞船进行空间“交会对接”试验。

　　“如果一切顺利的话，同一年（2011）我们还将发射‘神舟九号’载人飞船，再次与‘天宫一号’对接。”首任“神舟”飞船总设计师、后任“神舟六号”、“神舟七号”总设计师顾问的戚发轫透露，和“神舟七号”不同的是，“神舟九号”的航天员没有出舱计划，“他们主要呆在舱内协助对接”。

　　而“神舟九号”究竟要搭载多少航天员飞天，现在尚未确定。对此，戚先生表示，“神舟”飞船目前满载是3人，“而对于完成‘神舟九号’的任务，两人已经足够。”

　　之后，“神舟十号”也将直奔“天宫”。这3艘飞船是被一起生产的，也是“神舟”系列首次转入批量生产，它们与“天宫一号”进行无人或有人的交会对接，从而形成一个小型空间站——“神舟十号”完成交会对接后，就进入到建造空间站的阶段了。“空间站就像是一座空间大厦，是在太空轨道上逐步组装起来的。”北京大学地球与空间科学学院教授焦维新教授说。

“天宫一号”将和多艘神舟飞船进行对接

　　“现阶段中国载人航天步骤当中的核心技术就是要突破交会对接。”中国载人航天工程副总指挥、中国航天科技集团公司总经理马兴瑞表示，这应该是未来中国载人航天和组装大型空间站，乃至载人登月的关键技术。当“相关部分”在地面上设计完成以后（地面研制技术），就将采用这一技术，借助大型的运输工具，通过两次到三次运载火箭的发射送入太空，于轨道上会合，组装起来，在结构上连成一个整体（形成一个统一的空间体）。

　　在专家们眼里，交会对接技术是实现航天飞机、太空平台和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。近期《人民政协报》“全国政协委员系列访谈”中，戚发轫对外界进一步具体解释说，建空间站，肯定要地面供给，比如航天员吃的、用的，还有“推进剂”，等等，长期工作需要下面送人、送货、接人，把实验与测试的结果拿回来，都需要采用交会对接的技术。“对接之后，应该是两个舱都密封，航天员要在里面过来过去……”

　　目前美、俄等国已掌握了整个交会对接技术，在空间站当中完全应用起来。“这项技术大部分都得靠自主创新来实现，虽然压力很大，但我们正全力以赴地进行攻关，已经初步建立了地面的实验室和仿真系统。”马兴瑞说。

　　不过，要想在太空当中实现两个航天器的对接的确并非易事。“这就相当于要用一根线去穿几百公里之外的一个针眼。”中国载人航天工程副总设计师宿双宁一语道破。而太空中的空间实验室和航天飞机都是高速运行的，时速达到28000公里以上（每秒差不多将近8公里），在对接过程中，如果计算不准，就可能发生飞船相撞事故。“就像是地面的两辆急速飞驰的跑车，要让它们的距离必须一直保持在1米左右。”焦维新教授说，在对接时，需要两个航天器的轴线在同一条直线上，并且相对速度要接近0，“这个难度显然是非常大的。”

　　“其难点至少有三。”马兴瑞说，“作为追踪飞行器，‘神舟’要跟‘天宫一号’进入到一个轨道平面上，然后追上去进行交会对接：第一，两个飞行器轨道的控制要相当精准；第二，追踪过程中须有很好的自控能力和对前面目标的距离控制；第三，特别近距离的时候，还要稳下来；最后交会对接这一刻，不仅是机械对接，还要把液、电、气通上，然后开舱门，宇航员才能进去……”

央视节目披露的“天宫一号”实体

　　身披“盔甲”

　　“在我们中国载人飞船研制的初期，大家就注意到了‘空间碎片’的问题，也做了一些基础研究工作。”据戚发轫回忆，“神舟五号”发射时，美国国家航空航天局（nasa）在贺信中也提醒中国：空间碎片会影响载人飞船的安全性。尽管这种可能性概率非常小（几十万分之一），但却不是不可能——2月份俄罗斯和美国两颗卫星就撞上了。

　　事实上，中国把“空间安全”作为一个非常大的课题来做。“神舟五号”成功以后，甚至创刊出版了就叫《空间碎片研究》的杂志。

　　“碎片实际上有3个技术问题需要加以解决。”戚发轫介绍说，首先，能够预报，“碎片在天上怎么走的，这些要观察，我们已开始建立自己的一些大的测控，虽然想把天上的碎片都搞清楚很困难。”在预报之后，就要规避，如选择推迟发射，“我们掌握了天上的数据，这一套计算的软件并不困难，我们可以做得到。”而碎片太多，躲不过来，就要防护。“‘天宫一号’就有相应措施，如同穿上了盔甲一样，从外面撞也撞不坏。所以，说是一个难题，但是人总是会解决它的。”

　　战略“三部曲”

　　在1992年立项的时候，中国载人航天工程的战略规划已很明确--要分“三步走”：第一步，发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间应用实验；第二步，突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术，发射一个空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题；第三步，建造空间站。

　　“‘第一步’就是要建立一个大系统，用中国自己研制的火箭，把中国自己研制的飞船，载着自己培养的航天员飞上天，然后运行一段时间以后准确回到原来预定的地方，这件事情应该说通过‘神舟五号’、‘神舟六号’已经圆满和超额地完成了任务。”戚发轫说

央视节目披露的“天宫一号”实体

　　另据张建启副总指挥披露，“第一步”投入不到200亿元人民币，而它对科技、经济的拉动效益在10倍以上。

　　“第二步”过程当中的“天宫一号”是为“第三步”做技术准备的。依据有关专家的说法，它采用了两舱结构，一个舱用于航天员驻留期间在轨的工作和生活，于舱压、温湿度、气体成分等诸多方面保证航天员的生存条件；另一舱则提供动力与能源。其搭乘的载荷比“神舟”系列飞船大大提高。

　　专家们当然还要考虑应对各种紧急突发事件的发生，如氧气装置故障，解决方案之一，是要运用制氧的原料自己制氧。而厕所“不能用”也肯定同样是需要事先考虑解决的“大问题”。

　　据了解，到2015年前后，中国将再陆续发射“天宫二号”、“天宫三号”两个空间实验室。前者主要开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验；后者则主要完成验证再生生保关键技术试验、航天员中期在轨驻留、货运飞船在轨试验等，并开展部分空间科学和航天医学试验。而“天宫一号”将升级改造成货运飞船，具备交会对接和燃料补充功能，可以对空间站进行燃料补充。

　　“我们争取到2020年左右逐步建成有较大规模的、长期有人照料的空间站。”张建启表示，将随时都可以把人送上去，做大量科学实验，效率就非常高了。“它是一个基本性的空间站，有核心舱、实验舱、结点舱。”戚发韧介绍说。

　　结点舱相当于一个球形，有很多接口，“在上面可以对接好几个，可以如核心舱那么大，也可以比它小，就像插座一样，可以根据我们的需要，空间站是可以扩展的。”戚发韧介绍道。

　　核心舱起码要20吨重，“现在的运载火箭就送不上去了，必须研制出一个大的运载火箭。”戚发轫指出。据悉，目前中国火箭的最大运载能力只有10吨，不仅无法将体积更大、重量更重的空间实验室发射升空，而且也满足不了空间实验室在运行期间所需大量物资的运输要求。因此，在后续的发射中，将采用新一代大推力火箭“长征五号”。1970年4月24日，中国用自行研制的“长征一号”运载火箭首次成功地将人造卫星（“东方红一号”）送入太空。从此，“长征”火箭开始被越来越多的人所熟知。

　　“长征五号”火箭身高59.5米，有4个助推器，起飞重量643吨，起飞推力833.8吨。与中国现有的运载火箭相比，它的运载能力系数达到0.0146，目前世界排名第二，其近地轨道的运载能力可以提高到25吨，地球同步转移轨道的运载能力可以从现在的5.5吨提高到14吨，基本与国际上的顶级水平相当，可以满足在低轨道发射空间实验室的需要。也还将承担未来把中国航天员送上月球的重任。（作者唐元恺 原载于北京周报2009年第三期）

　　目前地球周边空间已存在数以千计的太空碎片，严重威胁太空飞行器的安全。下图为美国的哈勃太空望远镜。