揭秘“天空一號(hào)”導(dǎo)讀：9月29日21時(shí)16分，中國(guó)發(fā)射天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器，隨后中國(guó)將發(fā)射神舟8號(hào)飛船與其開(kāi)展太空交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，從此邁出中國(guó)開(kāi)展空間站建設(shè)的第一步。那么天宮一號(hào)的主要目的是什么？天宮一號(hào)又采用了那些技術(shù)？它對(duì)中國(guó)航天有什么意義？本文將予以獨(dú)家解讀。

目錄：封面1目錄2

天空一號(hào)的基本情況3天空一號(hào)名字的由來(lái)4長(zhǎng)征二號(hào)火箭5交會(huì)對(duì)接技術(shù)6

各國(guó)的交會(huì)對(duì)接技術(shù)7-8天空一號(hào)的交會(huì)對(duì)接技術(shù)9-10兩年在軌技術(shù)的突破11潛力巨大的低空航天平臺(tái)12結(jié)束語(yǔ)13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)，資源艙安裝各種設(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?！疤找惶?hào)”的基本情況天宮一號(hào)（Tiangong-1或HeavenlyPalace1）是中國(guó)首個(gè)目標(biāo)飛行器，于2011年9月29日21時(shí)16分3秒在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，由長(zhǎng)征二號(hào)FT1火箭運(yùn)載，火箭全長(zhǎng)52米，運(yùn)載能力為8.6噸。天宮一號(hào)設(shè)計(jì)在軌壽命兩年。由于天宮一號(hào)是空間交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)中的被動(dòng)目標(biāo)，所以叫“目標(biāo)飛行器”（Targetspacecraft），天宮一號(hào)的主要任務(wù)之一即為實(shí)施空間交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)提供目標(biāo)飛行器）。而之后發(fā)射的神舟系列飛船，將稱(chēng)作“追蹤飛行器”，入軌后主動(dòng)接近目標(biāo)飛行器。與發(fā)射神舟載人飛船所使用的長(zhǎng)征二號(hào)F火箭不同，承擔(dān)天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器發(fā)射任務(wù)的火箭有一個(gè)新名字：長(zhǎng)征二號(hào)FT1火箭。運(yùn)載火箭系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師荊木春說(shuō)，為滿(mǎn)足交會(huì)對(duì)接任務(wù)要求，長(zhǎng)征二號(hào)FT1火箭在整流罩、助推器結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等方面進(jìn)行了170多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)。長(zhǎng)征二號(hào)FT1火箭算是長(zhǎng)征二號(hào)F火箭的改進(jìn)型。長(zhǎng)征二號(hào)FT1火箭全長(zhǎng)52米，起飛質(zhì)量493噸，運(yùn)載能力為8．6噸。

長(zhǎng)征二號(hào)火箭空間交會(huì)對(duì)接

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。各國(guó)使用的對(duì)接技術(shù)交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)使用的測(cè)量和控制系統(tǒng)各國(guó)各有特色，蘇聯(lián)/俄羅斯的交會(huì)對(duì)接測(cè)量系統(tǒng)使用S波段微波雷達(dá)為主，近距離還有目視光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，默認(rèn)為自控交會(huì)對(duì)接，包含手動(dòng)備份。美國(guó)早期使用L波段微波雷達(dá)和目視光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，阿波羅時(shí)代改用X波段雷達(dá)，航天飛機(jī)時(shí)代進(jìn)一步升級(jí)為Ku波段脈沖多普勒雷達(dá)加目視光學(xué)瞄準(zhǔn)器，并使用GPS定位導(dǎo)航技術(shù)輔助，但交會(huì)對(duì)接都使用手動(dòng)完成。歐洲的ATV和日本的HTV都使用自動(dòng)交會(huì)對(duì)接技術(shù)，雖然都使用了激光脈沖測(cè)量?jī)x器，不過(guò)測(cè)量控制系統(tǒng)均為本土技術(shù)。當(dāng)前國(guó)際載人航天所使用的對(duì)接裝置主要包括俄羅斯研制的針-錐對(duì)接系統(tǒng)，異體同構(gòu)周邊系統(tǒng)和美國(guó)研制的通用對(duì)接系統(tǒng)(CBM)。美國(guó)的CBM對(duì)接系統(tǒng)需要空間站機(jī)械臂的協(xié)助，雖然日本HTV貨運(yùn)飛船和美國(guó)未來(lái)的Dragon和Cygnus貨運(yùn)飛船都將使用這一系統(tǒng)，但中國(guó)無(wú)法參與國(guó)際空間站項(xiàng)目，無(wú)法通過(guò)交流合作掌握這一更復(fù)雜的對(duì)接系統(tǒng)。天宮一號(hào)和神舟八號(hào)試驗(yàn)的對(duì)接裝置由中國(guó)自行研制，參照了俄羅斯異體同構(gòu)周邊系統(tǒng)的規(guī)格。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

天空一號(hào)的交匯對(duì)接技術(shù)天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器的交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)在設(shè)計(jì)思路上與俄羅斯相近，首先使用無(wú)人飛船進(jìn)行自控交會(huì)對(duì)接，再進(jìn)行實(shí)際的載人交會(huì)對(duì)接操作。交會(huì)對(duì)接操作要求裝備高精度的微波或激光傳感器進(jìn)行相對(duì)位置測(cè)量并捕獲對(duì)接目標(biāo)，雙方啟動(dòng)軌控發(fā)動(dòng)機(jī)交會(huì)并進(jìn)入對(duì)接走廊，對(duì)接走廊內(nèi)雙方相對(duì)速度約1~3米每秒。接近后利用高精度傳感器精確測(cè)量雙方的距離、相對(duì)速度和姿態(tài)，啟動(dòng)軌控和姿控發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)動(dòng)調(diào)整進(jìn)行最后的接近，對(duì)接撞擊前軌控關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)相對(duì)速度降低到0.15~0.18米每秒并以此速度相撞，利用針-錐(Probe-Drogue)或是異體同構(gòu)周邊(APAS)對(duì)接裝置進(jìn)行硬連接。天宮一號(hào)實(shí)物圖片，從圖片中可以看出其對(duì)接裝置仿制的是俄羅斯APAS-89對(duì)接裝置(圖中小圖)。天空一號(hào)的交匯對(duì)接技術(shù)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)。可以預(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)。天宮一號(hào)與神舟飛船的對(duì)接想像圖，請(qǐng)注意在對(duì)接中還使用了激光系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行對(duì)接校準(zhǔn)和距離測(cè)量(圖中紅框處)。使用這種技術(shù)可以說(shuō)是中國(guó)博彩眾家之長(zhǎng)后的一技術(shù)進(jìn)步。兩年在軌技術(shù)的突破天宮一號(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(kāi)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(huà)，將接近蘇聯(lián)禮炮4號(hào)空間站的數(shù)字。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)。結(jié)束語(yǔ)：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