“天宫一号”与天比高 织造中国强国梦 [复制链接]

中国工程院院士张履谦曾公开表示，“空间站是人类航天事业发展的一个必然趋势，它代表了一个国家的航天国力。如果我们现在不去掌握这项技术，等到需要使用空间站时再来建造，就会落后了”。近年来，国际社会对中国发射“天宫一号”给予了强烈关注。然而，由于各种原因，中国载人航天一直没有获邀参与国际空间站的合作。“天宫一号”如果能使交会对接技术获得突破，也许，2020年我们能够看到的是—只有中国拥有空间站。
北京、甘肃酒泉卫星发射中心
2011年9月29日，因为“天宫一号”，这一天注定被写入中国航空航天史。
近年来，国际社会对中国发射“天宫一号”给予了强烈关注。然而，由于各种原因，中国载人航天一直没有获邀参与国际空间站的合作。“天宫一号”如果能使交会对接技术获得突破，也许，2020年我们能够看到的是—只有中国拥有空间站。
一波三折
为了保险起见，“天空一号”的发射日期从9月27日调整到29日，虽然这几天的酒泉卫星发射中心都是天气晴朗，但是他们需要的是最合适的时机。
每次到了如此的大任务期间，作为气象方面高工的张海洋（化名）就特别谨慎起来，他的每一次判断都将和整个发射时间的确定产生直接关系。
计算出的数据与其他人的进行汇合，然后再对今后天气状况进行细微的判断，再将结论提供给高层参考。距离发射的日期越近，他越是不敢掉以轻心。每天早上7点钟起床，骑着自行车赶往单位，然后一直到深夜回家，吃饭全部工作餐。在27日，他还听到同事调侃：“听上面大领导说，马上就是‘神八’，所以放假无望。”其实他也有了将神经绷紧到“神八”之后的准备。
当发射场完成转运之后，发射成功最重要因素之一就是天气状况—确保发射期间天气状况良好，不出任何问题。而在这之前，有导弹之父之称的黄春平先生在接受本报记者采访时说，从技术方面来讲，我们在十多年前就已经掌握了相关技术，一般情况下不会出问题。
近些天，很多相关人士都来到酒泉卫星发射中心感受大任务前的紧张气氛。其中有一群备选女航天员的影子，可惜她们如同神龙不见首尾，刚一出现，很快就消失在众人的视野中。在之后不久的时间中，她们将会成为世界航天关注的焦点。同样，也有来自其他国家的外宾在28日这天到达航天城来观摩。航天城的整个生活中心这几天天气碧空万里，胡杨树已经隐隐透出一圈圈的金色。街上还是没有几个行人，时有自行车铃声叮当响起，外面看这里的生活节奏极为缓慢而悠闲。
外松内紧的酒泉卫星发射中心正在紧张地准备随时可能出现的状况。“天宫一号”升空一个月后，将会和无人飞船神舟八号实行首次无人操作的对接试验，并将在之后的两年内陆续和神舟九号、神舟十号进行交会对接试验，进一步为我国顺利地建立自己的国际空间站打下基础。
“天宫一号”的发射可谓一波三折。
2011年8月中旬，接连的阴雨天导致发射场厂房湿度增大。根据指挥部的意见，8月13日，已完成测试的“天宫一号”将被起吊，并由测试厂房转往加注扣罩厂房。但直到16时过后，小雨依然没有停止的迹象，准备起吊的天车停了下来。
加注扣罩厂房是发射场专门为“天宫一号”新建的，温度和湿度都有很严格的要求，但在阴雨天气状况下不能达到除湿目的。“购买1500公斤干燥剂。”8月15日上午，干燥剂从兰州运抵发射场。
8月16日，“天宫一号”加注推进剂进入推进剂检漏阶段，长征二号F火箭也进行了5次总检查，完成了技术区各项测试。但是，又出了新的情况。8月18日17时28分，托举着“实践十一号04星”长征二号丙火箭升空。随即卫星与地面失去联系。长征系列火箭31年来首次失利。中国载人航天工程总指挥部决定在“实践十一号04星”发射失利的原因未彻底查清之前，“天宫一号”暂停发射。
9月20日上午8时，酒泉卫星发射中心垂直总装测试厂房重达350吨的厂房大门次第打开，“天宫一号”目标飞行器和长征-2F运载火箭组合体在活动发射平台的承载下缓缓移动至总装测试厂房门口。被推迟的天宫一号终于再次展现在世人面前。
上午9时整，承载“天宫一号”目标飞行器、长征-2F运载火箭组合体的活动发射平台底部各部件“任务交接”。平台四周底部的8只“千斤顶”渐离地面，沿着相距约25米的轨道，以每秒约18米的速度匀速向发射塔移动……11时35分，伴随着机器的轰鸣声，发射塔底部两侧展开的两支巨型塔臂以发射塔为圆心，缓缓向火箭助推器和火箭一级箭体合拢。
与“天宫一号”交会对接的“神舟八号”运载火箭，也于9月24日傍晚到达东风航天城火车站，将于近日转运至组装车间进行一系列调试和组装、检测。
场系统副总设计师、总装备部工程设计研究院院长周凤广介绍：“复核复算、双想归零”是“天宫一号”发射前发射场系统工作人员要进行的重要工作之一。针对这次“天宫一号”发射的任务特点，设计团队无数次进行“双想”复查，成立前后方技术联动保障组，对发射平台、电缆摆杆、加注供气、空调和供配电等关键系统和设备技术状态展开了全面复核复算梳理，确保设施设备始终处于良好状态。
周凤广介绍。与以往的火箭发射不同的是，此次“天宫一号”的发射，首先简化、优化了测试发射流程，将“天宫一号”由“两次扣罩”改进为“一次扣罩”，有效提高了测试发射效率。“天宫一号”的测试与发射，还创新实现了加注扣罩集成保障模式。即发射场新建了飞船加注及整流罩装配设施，创新采用了“加注+扣罩”集成复用的方式，省去了“天宫一号”在两工位之间转运的复杂工序和状态转换，显著提高了流程的安全可靠性。
利用国际领先的保障性和可靠性分析评估技术，建立了脐带塔电缆摆杆、活动及升降平台、加注供气、指挥监控等70个关键系统的630个可靠性模型……进一步提高了可靠性。周凤广在接受记者的采访时透露，“天宫一号”的发射系统在技术上做了89项改进。
2011年是酒泉发射场发射任务最密集的一年，共有6次大的发射任务。发射测试站副总工程师、“天宫一号”火箭指挥员周晓明在执行“天宫一号”任务的同时还要兼顾卫星、火箭测试等任务，多个任务交叉并行。
周晓明认为，与以往发射任务不同的是，运载“天宫一号”的火箭虽然仍然是“长征2F”系列，但为了适应新任务的需求，火箭的技术改进项目达176项，运送时被分割成八个部分，在发射场的整装工作也显得比以前复杂了许多。所以，火箭应该叫作“长征2F改”运载火箭。由于“天宫一号”的重量比以前的飞船增加，需增加运载火箭的推力，其重量也因燃料的增加而增重9吨，这是火箭最主要的改进内容。由于“天宫一号”不载人，逃逸系统不再参与任务。

与天比高
“天宫一号”是中国首个空间实验室的名称，它的升空意味着—中国首个空间实验室的正式建立。对此，航天专家庞之浩在接受时代周报记者采访时指出，“天宫”主要是要突破交会对接技术，为未来空间站的建设进行技术实验。
“天宫一号”发射后的11月1日，我国将发射无人飞船“神舟八号”，与“天宫一号”进行无人自动对接试验。2015年前，我国还将再陆续发射“天宫二号”、“天宫三号”两个空间实验室。
公开资料显示，“天宫一号”空间实验室长约9米、最大直径3.35米、重量约8.5吨，采用两舱结构，分别是实验舱和资源舱。
实验舱可保证舱压、温度、湿度、气体成分等航天员生存条件，可用于航天员驻留期间在轨工作和生活。实验舱前端安装一个对接机构以及交会对接测量和通信设备，用于支持与飞船实现交会对接。
资源舱为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。资源舱将使用折叠式的5片太阳能电池板，这也是中国中低轨道航天器最复杂的太阳翼设计。
庞之浩说，“天宫”的实验舱大部分是密封的，可以提供人能适应的压力、温度、氧气等，航天员可以在里面生活。还有一部分是非密封的，据说里面是再生式生命保障系统，可以循环使用水资源。“从严格意义上讲，‘天宫一号’并不是空间站，实际上，它只是一个简易的空间实验室。中国准备利用这个平台，进行空间实验室的有关技术试验”。
“天宫一号”与空间站的主要区别还在于，空间站的寿命一般在5-10年，航天员每次在轨时间可以达到百日以上，而“天宫一号”的寿命只有2年，航天员只能短期驻守。此外，空间实验室空间小，对接口少，没有扩展能力，所需燃料和给养要一次性带齐，其他空间站则可以用货运飞船来进行定期补给。
北京大学地球与空间科学学院教授焦维新此前在接受采访时也表示，建设大型空间站不是一次就能到位的，需要多次组装。空间站在运行过程中需要定时更换维修一些设备，航天员也要经常更换。所以，太空交会对接是一项经常性的工作。如果这个关键技术不解决，下边的工作就没法进行，也没法建空间站。
用航天术语来说，交会是让两个航天器在预定的时间同时到达一个指定的地点聚集。有时候交会不一定要求对接，对接还有更复杂的技术，要准确地调整高度、位置、相对速度以及两个航天器的姿态，使两个航天器轴线基本上在一条直线上平稳、安全地靠近。然而，两个航天器距离地面三百多公里，以极高的速度运行，基本上是第一宇宙速度(7.8公里/秒)，要实现极小误差的精准控制是非常难的。
焦维新说，空间交会对接技术难度很大，因为空间实验室体积都比较大，在太空中的空间实验室和航天飞机都是高速运行的，时速甚至会达到2.8万公里以上，在对接过程中，如果计算不准，就可能发生飞船相撞事故。“交会对接要突破三大难关：一是位置的控制，二是速度的控制，三是姿态的控制。交会对接包括两个不同的阶段，先是交会，然后才是对接。”
天上宫阙
根据中国载人航天工程网的消息，“天宫”是中国未来的空间站的名称。这是一个具有浓郁中国特色、寄托了华人无限憧憬的名字。
庞之浩说，“天宫”主要是为我国突破掌握交会对接技术研制的飞行器。今年先把“天宫”发射上去，与神舟八号在无人情况下实现自动交会对接，而神舟十号是要载人的。“载人有两个目的，不仅要掌握自动对接技术，还要掌握手动对接技术。人上去还要做一些科学实验，包括航天医学科和空间技术实验。”
可以说，对于我国来说，载人航天是中国载人航天工程的第一步，交会对接是第二步，第三步就是要建立永久性的空间站。焦维新说，只有成功实现了交会对接，建立的空间站才有用。所以，最为关键的就是对接技术了。
这一点，庞之浩也很认同，他说，交会对接技术可以为长期在轨运行的空间设施提供人员的运输和物资的补给，要通过飞船、通过交会对接技术才能把人和货运上去，工作完后还要分离，把人运回来。现在的航天器越来越大，不可能靠运载火箭一次运上去。分成多个模块逐步送上去以后，通过交会对接才能组成大型多舱式的空间站。
此外，实现了交会对接还可以用于在轨航天器之间的互访，实现物资转运，可提供紧急救生。他举例说：“比如这个空间站着火了，我坐飞船到那个空间站，人到那边躲一下，不一定非得返回地面。”
如果此次“天宫一号”试验成功，那将使得中国在完成与“神八”、“神九”、“神十”的交会对接后，成为继美国、俄罗斯之后第三个独立掌握这一技术的国家。
“但对于我们国家而言，‘天宫’的意义完全不同，最起码它可以证明我们拥有这样的能力”。在中国科学院空间中心研究员、中国空间碎片行动计划前首席科学家都亨看来，发射“天宫一号”的最大意义，就是解决了中国航天事业空间站技术从无到有的第一步。“我们先要解决的是有没有的问题，然后才能考虑怎么去用”。
尽管如此，但实际上，“天宫一号”是否能成功发射以及对接，对于我国来说依旧是一个严峻的考验，与以往不同的是，此次“天宫一号”无论是重量、还是体积，都与之前发射的“神舟”系列飞船有很大的区别，所以对于运载火箭的要求也与“神舟”系列飞船有所不同。
据发射场测试站副总工程师、火箭指挥员周晓明介绍，此次运载“天宫一号”的火箭虽然仍然是“长征2F”系列，但为了适应新任务的需求，火箭的技术改进项目达176项，运抵发射场时不得不分割成八个部分才通过了铁路沿线的一条条隧道，在发射场的整装工作也比以前复杂了许多。所以，此次的运载火箭被称为“长征2F改”。
周晓明还透露，由于“天宫一号”的重量比以前的飞船增加，需增加运载火箭的推力，其重量也因燃料的增加而增重9吨，这是火箭最主要的改进内容。不过由于“天宫”不载人，逃逸系统不再参与任务。
据记者了解，此次“天宫一号”的任务流程时间比“神舟七号”有所缩短。中国载人航天工程发射场系统总指挥、酒泉卫星发射中心主任崔吉俊在接受媒体采访时曾说：“针对交会对接任务高频度发射的特点，我们研制形成了天宫一号目标飞行器测试发射流程和载人飞船通用测试发射技术流程，采用‘一次扣罩’方案取代‘两次扣罩’方案，实现了物流、飞船加注扣罩流程、临射检查程序、飞船测试流程以及船箭对接后联合操作项目的优化，减少了5次室外转运和7次吊装，比神舟七号任务流程缩短了21.5天。”
庞之浩则称，“天宫一号”要先后和三艘飞船完成交会对接，一个目标飞行器进行三次对接，只需要发射四个航天器就够了，不但节省两次发射成本，还缩短了研制周期。

太空多娇
按照我国的航天发展规划，在2016年之后将陆续发射“天宫二号”、“天宫三号”，到2020年将建立自己的多舱式空间站。美国媒体曾报道称，10年后中国“天宫”或将成为全球唯一的空间站。
2009年10月16日，美国《航空周刊》官方网站曾刊载题为《中国开始登月研究》的文章。在该文章中提到，有中国航天专家在此前召开的国际宇航大会上表示，2020年中国将打造重达60吨的空间站，该空间站可载3名宇航员，将由3个太空舱组成。
从这个消息中不难看出，2020年，或许将成为一个重要的太空节点，因为届时，目前人类建造的唯一在轨空间站“国际空间站”将退役，中国的空间站将成为人类唯一的在轨空间站。
一个空间站项目可开展的是一片集合了从观测、试验到研究、制造的人类活动新天地。世界上第一个多舱长久性太空站是由原苏联上世纪80年代建设的“和平号”空间站，但由于继承者俄罗斯财政难以维持其运行开销，在轨工作12年后，在2001年自行销毁。国际空间站的设想是1983年由美国总统里根率先提出，是人类有史以来建造的最大、最复杂的航天器，它由美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲航天局11个成员共16个国家联手筹建，是世界航天史上第一次由多国合作建造的最大的空间工程。
16国研究设计10年，直到1993年才完工。最早计划于2004年建成，后来多次更改计划，致使完成时间一再后移。建设经费也在原定830亿美元的基础上不断追加，最终确定为1140亿美元。
未来的空间站究竟何去何从？从拥有这一技术的俄美两国来看，前景似乎并不明朗。俄罗斯航天署曾称，现在惟一运行的这个国际空间站将于2020年坠入太平洋，结束自身使命。
不可否认的是，发射空间站不但需要更高更精确的技术，还要求有更大型号的运载火箭，如今我国正在研制“长征五号”运载火箭，到2014年左右能够上天，也能够把20吨的空间站核心舱送上太空。
美国海军战争学院中国太空计划问题专家约翰逊·弗里斯对中国的“天宫”空间交会对接试验曾评论道：“有些人将这比作我们美国的‘双子星座计划’(美国于1961年—1966年实施的系列载人空间试验，其中轨道会合和对接试验是重要组成部分)中所采用的技术，但我们是通过人来完成的，而中国如果能通过机器人来完成，这将是一大技术进步。”
针对“天宫一号”的发射，日本同志社大学大学院小型人工卫星开发研究科教授佐佐木和可绪在接受环球网记者采访时也强调，中国的宇宙航天开发计划彰显了国家实力。他说，在美国宣布削减宇宙研究计划预算后，中国肩负起了为人类探索太空奥秘的任务。
还看今朝
相对于美国和俄罗斯，我国的载人航天起步较晚。美国40多年前就实现了载人登月，中国现在仅仅实现了绕月飞行；国际空间站早在1993年就完成了设计并进入实施阶段，中国的“天宫一号”才刚要出发；国际空间站重达400多吨，而2020年的“中国站”才只有60吨。但无论如何，对于世界各国来说，在载人航天领域，中国依旧是个不容小觑的后起之秀。
“当年我们第一颗东方红一号卫星成功上天时，正是苏美两国搞载人航天竞赛，竞争很激烈。在我国具备进入太空能力之后，当时也考虑要搞载人航天。1971年4月中央同意搞中国的载人航天工程，叫714工程。那时候的飞船名字叫‘曙光一号’。但确实面临许多技术难题，我们久攻不下。”谈到我国载人航天的发展时，空间技术专家、神舟飞船首任总设计师戚发轫如是说。
“原因在于，我们的科技水平、工业水平和财力物力都达不到要求。因此当时周恩来总理就讲，我们不跟苏美两个大国搞载人航天比赛，我们先把地球上的事情搞好，就是搞应用卫星，它能够解决天气预报、通信等老百姓生活中的实际问题。于是在1975年，714工程下马。现在看起来，这正是中国根据自己的实际情况，走了一条正确的航天发展道路。我当时也从搞飞船的队伍中转到搞通信卫星的队伍中。”
到1986年，中国已发射不少卫星，同时国家经济状况也有发展，而世界高新技术发展很快。当时，王淦昌、王大珩、杨嘉墀、陈芳允4位老科学家联名提出发展高技术建议，说整个世界发展形势很快，中国也具备一定条件，要着手搞新的技术。
在经过5年多的论证后，1992年9月21日，中央正式决定搞载人航天工程，并确定了三步走的发展战略。第一步，载人飞船阶段。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，空间实验室阶段。在第一艘载人飞船发射成功后，先发射一个目标飞行器—“天宫一号”，突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术、补加技术和再生式生保技术，最终建成一个空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题。第三步，空间站阶段。建造载人空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。
曾经有人质疑，空间站是个太烧钱的行当。在俄罗斯已经放弃“和平号”，美国缩减太空计划规模，国际空间站的前途也变得扑朔迷离之际，中国为什么还要挥师挺进？
对此，众说纷纭。美国专家称，中国“要将自己放在太空飞行国家中的最高层”，我国学者认为，这只是中国推进国家综合实力的举措。因为空间站的建立不但能极大助推中国经济发展，在太空育种方面，可以培育很多新品种蔬菜，在工业方面，可以制造在地球上无法制造的材料，还可以用来进行科学实验、太空观测等。
中国工程院院士张履谦曾公开表示，“空间站是人类航天事业发展的一个必然趋势，它代表了一个国家的航天国力。如果我们现在不去掌握这项技术，等到需要使用空间站时再来建造，就会落后了”。
近年来，国际社会对中国发射“天宫一号”给予了强烈关注。然而，由于各种原因，中国载人航天一直没有获邀参与国际空间站的合作。“天宫一号”如果能使交会对接技术获得突破，也许，2020年我们能够看到的是—只有中国拥有空间站。