神舟八號與天宮一號上的異體同構(gòu)周邊對接裝置

神舟八號與天宮一號對接環(huán)接觸

神舟八號載人飛船的研制，不僅承擔(dān)著突破交會對接技術(shù)的重要任務(wù)，同時，還承擔(dān)著為中國載人航天工程后續(xù)任務(wù)驗證運輸飛船的重任。

軌道控制精度如何保持

交會對接對軌道控制精度的要求非常高，有航天員參與情況下的對接相對來說容易一些，因為航天員可以適時的觀察和控制，而無人狀態(tài)下的交會對接比有人情況下的交會對接要更難。

怎樣保證交會對接成功實施呢？科技人員把影響航天器交會對接的有關(guān)要素歸結(jié)為包括位置、速度、姿態(tài)、角速度等在內(nèi)的12個方面，只有將這12個變量都控制的非常精確了，誤差在允許和要求的范圍里面，才能保證兩個飛行器能對接上。如果歪了的話就對不上，如果速度大了的話非但對不上，還可能發(fā)生兩個航天器相撞的事故。

新敏感器面臨考驗

幾十年中國航天研制和使用的敏感器，一般就是像陀螺、紅外敏感器、太陽敏感器、星敏感器等。而此次為了實現(xiàn)交會對接，新研制了五種敏感器，因此，神舟八號飛船上安裝的敏感器具有技術(shù)新、種類多、首次使用、成熟度低等特點。怎樣確保這些新研制的敏感器技術(shù)指標(biāo)滿足要求，確保控制系統(tǒng)可靠有效的使用，是對科技人員的又一個考驗。

空間環(huán)境帶來巨大影響

空間環(huán)境和地面環(huán)境存在著巨大的差異，在地面上研制的設(shè)備能否適應(yīng)太空環(huán)境的考驗，存在很多不確定的因素。神舟八號飛船上有許多設(shè)備，比如，光學(xué)設(shè)備，由于在地面驗證的時候，是在大氣環(huán)境下進(jìn)行的，大氣對這些設(shè)備的性能影響很大，而這些設(shè)備又是在沒有大氣的太空中使用的，僅僅依靠數(shù)學(xué)計算來推算，確定這些設(shè)備的能力究竟有多少，這本身就是有難度的。另外在軌道上，太陽的反射光，對光學(xué)敏感設(shè)備也會產(chǎn)生干擾；無線電反射也會有影響；飛船上安裝的用于交會對接控制的數(shù)臺平移發(fā)動機在工作的時候，也會產(chǎn)生羽流，這些羽流到底對姿態(tài)控制有多大影響，很難得出準(zhǔn)確的結(jié)論，等等，都是空間環(huán)境對交會對接帶來的新問題，這些對交會對接整個控制方案的影響是很大的。

神舟八號與天宮一號慢慢靠近

神舟八號轉(zhuǎn)場

交會對接方案難以仿真

在地面，人類至今還無法造一個和太空一模一樣的環(huán)境，這就給交會對接任務(wù)方案的試驗驗證帶來很大的困難，科技人員只能通過數(shù)學(xué)仿真、半物理仿真和很多外場試驗，來驗證這些系統(tǒng)方案是否準(zhǔn)確。但是，由于航天器在太空中運動的速度很快，動態(tài)變化也很快，再加上地面的陽光和天上的陽光相比，完全是兩回事，比如，在天氣良好的情況下，北京地面的太陽亮度只有軌道上太陽亮度的60%，不好的情況下，則只有30%～40%，所以，在地面沒有辦法模擬天上的太陽。還有各種雜光的反射，對光學(xué)設(shè)備的試驗都有影響，而對于雜光的模擬就更困難了。交會對接到最后一瞬間的精度要求是誤差是以毫米計算的，這么高的精度，尤其是在動態(tài)大氣里進(jìn)行標(biāo)定，國內(nèi)目前還沒有滿足這種要求的標(biāo)定設(shè)備。還有，飛船從距離目標(biāo)飛行器100多千米到準(zhǔn)確的對接連上，過程控制也是難度非常大的事情。

如何優(yōu)化設(shè)計提高運輸能力

在載人運輸飛船總重量指標(biāo)與一期工程中的飛船相當(dāng)?shù)耐瑫r，神舟八號飛船既要新增加交會對接機構(gòu)，交會對接測量敏感器等設(shè)備，以實現(xiàn)交會對接功能要求，為驗證貨運飛船，還要使運輸能力增加300千克，在這種情況下，一方面需要對飛船進(jìn)行全面的功能和配置優(yōu)化，另一方面需要采取新技術(shù)以減輕平臺重量。還有，不僅飛船的功能和任務(wù)要求提高了，在軌運行時間也由神舟一號至神舟七號的5～7天，延長到在目標(biāo)飛行器上?？?80天，在軌時間的延長，對確保系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求，這給技術(shù)人員帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，需要進(jìn)行充分的系統(tǒng)優(yōu)化和可靠性設(shè)計，還要充分利用各種手段進(jìn)行大量的可靠性驗證工作。

如何建立標(biāo)準(zhǔn)研制體系

中國將利用神舟八號飛船驗證運輸飛船研制技術(shù)，從而建立天地往返系統(tǒng)。這就需要實現(xiàn)神舟飛船的批產(chǎn)化。研制標(biāo)準(zhǔn)運輸飛船，需要在批生產(chǎn)、總裝與測試、測試與發(fā)射流程和飛行控制體制等方面進(jìn)行大幅度的優(yōu)化和更新，以適應(yīng)任務(wù)的需要；同時，為了對將來中國空間站的任務(wù)提供支持，在一旦發(fā)生重大事故情況下對航天員的應(yīng)急救生，還需要進(jìn)行在軌救生飛行模式的設(shè)計。

神舟八號裝配和測試

神舟八號熱真空試驗

相關(guān)鏈接

神舟八號對接機構(gòu)

神舟八號采用的是異體同構(gòu)式周邊對接機構(gòu)。這個對接機構(gòu)的好處就是兩個相同的對接機構(gòu)可以相互對接，承載能力也比較高。但是，這種對接機構(gòu)是中國最復(fù)雜的空間機構(gòu)，具有零部件多，相互配合要求很高的特點。

神舟八號對接機構(gòu)有幾萬個零部件，其中軸承500個～600個，齒輪400個～500個。軸承和齒輪之間的相互配合都是很難的，對精度要求也挺高，可靠性、工藝都非常復(fù)雜。兩個航天器對接靠這個機構(gòu)，對接的一瞬間，要消除誤差，撞擊產(chǎn)生的速度的能量要靠它來吸收，兩個飛行器死死的連在一起，要靠它，兩個航天器之間的密封要靠它，實現(xiàn)兩個航天器之間的電源、通信等各種連接還要靠它。

同時，對對接機構(gòu)的試驗驗證也是一件非常困難的事情。無人參與狀態(tài)下的航天器對接與有人參與下的對接要求是不一樣的。無人情況下只要兩個航天器能夠?qū)由暇托校泻教靻T參與的情況下，交會對接完成了，還要形成一個從飛船到進(jìn)入目標(biāo)飛行器里面的通道，讓航天員沿著通道進(jìn)入到目標(biāo)飛行器里面。所以就得實現(xiàn)飛船與目標(biāo)飛行器之間的剛性連接，最終形成一個密封的通道，然后航天員才能從飛船到目標(biāo)飛行器里去工作和生活，能否達(dá)到這樣的條件，在地面條件下進(jìn)行驗證是一件非常困難的事情。