錢煒

11月1日5時(shí)58分07秒，中國(guó)“長(zhǎng)征二號(hào)F”遙八運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火起飛，將“神舟八號(hào)”飛船發(fā)射升空。13分53秒后，中國(guó)載人航天工程總指揮常萬(wàn)全宣布：“神舟八號(hào)”飛船發(fā)射任務(wù)圓滿成功！至此，已經(jīng)飛行一個(gè)多月的中國(guó)首個(gè)目標(biāo)飛行器“天宮一號(hào)”開始靜靜等待著與“神舟八號(hào)”的“太空之吻”。

今年以來(lái)，國(guó)際航天界一片陰霾：俄羅斯遭遇了一年4次火箭發(fā)射失??；美國(guó)航天飛機(jī)計(jì)劃黯然終結(jié)使命；國(guó)際空間站宣告將于2020年停止運(yùn)行墜入大海。在此形勢(shì)下，“天宮一號(hào)”與“神舟八號(hào)”的交會(huì)對(duì)接，讓人感到國(guó)際航天事業(yè)開始進(jìn)入“中國(guó)時(shí)間”。

至關(guān)緊要的一“吻”

“交會(huì)”“對(duì)接”，一個(gè)多月的時(shí)間里，一個(gè)萬(wàn)眾矚目的航天項(xiàng)目讓這兩個(gè)詞成為家喻戶曉的熱詞。

空間交會(huì)對(duì)接如何進(jìn)行？“天宮一號(hào)”和“神八”先后發(fā)射到太空，在交會(huì)對(duì)接之前，二者都各自繞地球軌道運(yùn)行。它們最終要完成四個(gè)步驟：地面引導(dǎo)、自動(dòng)尋的、最后逼近，交會(huì)對(duì)接。其中的前兩步，由地面雷達(dá)及GPS進(jìn)行遠(yuǎn)程導(dǎo)引，使兩個(gè)飛行器之間的距離接近到幾百公里至100公里左右；其后，二者通過(guò)航天器搭載的攝影機(jī)、對(duì)接敏感器等裝備而繼續(xù)靠近，并實(shí)現(xiàn)最后逼近。在最后的交會(huì)對(duì)接過(guò)程中，美國(guó)一般采用航天員手動(dòng)方式控制近距離交會(huì)對(duì)接，而俄羅斯則更多地用自動(dòng)方式，在自動(dòng)對(duì)接失敗后再采用手動(dòng)對(duì)接。

中國(guó)的“天宮一號(hào)”和“神八”將采用自動(dòng)對(duì)接的方式，就是依靠各自的傳感器建立雙向?qū)Ш?，最終對(duì)接在一起。

人們喜歡把“天宮一號(hào)”與“神八”的對(duì)接，浪漫地形容為“接吻”。實(shí)際上，這個(gè)比喻是非常貼切的。因?yàn)椤疤鞂m一號(hào)”和“神八”的對(duì)接采用的是“異體同構(gòu)模式”，就是說(shuō)，二者“口型”一致，就像兩張嘴巴貼合在一起。

異體同構(gòu)模式是目前比較先進(jìn)的對(duì)接技術(shù)，而另一種對(duì)接模式則是“桿-錐”式結(jié)構(gòu)，即一個(gè)航天器的對(duì)接口內(nèi)有“接收錐”，而另一個(gè)航天器上裝有對(duì)接“碰撞桿”，依靠“桿”和“錐”之間的耦合，將兩個(gè)飛行中的航天器連接在一起。相比之下，異體同構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于，沒(méi)有主動(dòng)與被動(dòng)之分，這有利于救援；其次，異體同構(gòu)的對(duì)接口可以做得比“桿-錐”對(duì)接口的直徑大，因而更加暢通，適宜大質(zhì)量航天器間的對(duì)接。

交會(huì)對(duì)接的過(guò)程說(shuō)起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單，但實(shí)際上是一項(xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù)。到目前為止，盡管在人類航天歷史上已經(jīng)進(jìn)行了300多次對(duì)接，但就在去年還出現(xiàn)過(guò)交會(huì)對(duì)接的故障。因此，交會(huì)對(duì)接被業(yè)界認(rèn)為是繼航天員太空出艙之后，需通過(guò)多次發(fā)射和試驗(yàn)來(lái)攻克的又一道技術(shù)難關(guān)。

載人航天領(lǐng)域有三大基本技術(shù)：載人航天器的天地往返技術(shù)、空間出艙活動(dòng)技術(shù)和空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)。目前，中國(guó)已經(jīng)掌握了其中的前兩項(xiàng)。眼下，“天宮一號(hào)”與“神八”的對(duì)接，將使中國(guó)向最后一項(xiàng)基本技術(shù)邁進(jìn)。迄今為止，全世界只有俄羅斯與美國(guó)完全掌握了交會(huì)對(duì)接技術(shù)，一旦“天宮一號(hào)”與“神八”交會(huì)對(duì)接成功，中國(guó)將成為世界上第三個(gè)獨(dú)立地掌握這一技術(shù)的國(guó)家。

一個(gè)完整的國(guó)際空間站是多次“拼裝”而成的。它由13個(gè)艙、7段桁架結(jié)構(gòu)、4對(duì)巨型太陽(yáng)電池翼和1個(gè)移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)組成，所有這些組成部分都需要通過(guò)多次對(duì)接而建成。可見(jiàn)，如果沒(méi)有交會(huì)對(duì)接，空間站的建設(shè)幾乎無(wú)法進(jìn)行。

太空戰(zhàn)略的一步

早在1992年，中國(guó)政府就決定實(shí)施載人航天工程，并確定了“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略:第一步是載人飛船階段，即要建立一個(gè)大系統(tǒng)，把航天員送上天，安全運(yùn)行，并準(zhǔn)確返回中國(guó)領(lǐng)土之內(nèi)。“神五”“神六”載人飛船完成的就是這個(gè)任務(wù)。第二步是突破航天器的交會(huì)對(duì)接技術(shù)，并發(fā)射一個(gè)8噸級(jí)的空間實(shí)驗(yàn)室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題，這正是眼下正在完成的過(guò)程。第三步是到2020年之前，建造載人空間站，解決有較大規(guī)模的、長(zhǎng)期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題。

“天宮一號(hào)”是中國(guó)第一個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室。但中國(guó)為什么要發(fā)展空間站？中國(guó)載人航天工程首任總設(shè)計(jì)師王永志撰文表示，從1971年蘇聯(lián)發(fā)射“禮炮”1號(hào)試驗(yàn)性空間站開始算起，到國(guó)際空間站計(jì)劃使用至2020年左右的50年間，載人航天領(lǐng)域唯一沒(méi)有間斷的活動(dòng)，就是空間站的建設(shè)和應(yīng)用。目前，在載人航天領(lǐng)域唯一能夠凝聚16個(gè)國(guó)家共識(shí)的，也只有國(guó)際空間站計(jì)劃。

以建設(shè)空間站或空間實(shí)驗(yàn)室為主線發(fā)展載人航天，已成為當(dāng)今世界各航天大國(guó)的共識(shí)。它可以作為最為重要的空間試驗(yàn)平臺(tái)，開展空間應(yīng)用和科學(xué)實(shí)驗(yàn)；同時(shí)，也可為未來(lái)更加長(zhǎng)久、更大規(guī)模、直至飛向地外天體等的載人航天活動(dòng)打造技術(shù)基礎(chǔ)和積累工程經(jīng)驗(yàn)。

神舟飛船首任總設(shè)計(jì)師戚發(fā)軔表示，航天技術(shù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，是可以像電影《阿凡達(dá)》所描繪的一樣，讓人類移民到別的星球上去生活。而人類可以長(zhǎng)期居住的空間站，無(wú)疑是通往這一宏大目標(biāo)的第一個(gè)中轉(zhuǎn)站。

空間站的建設(shè)意義非凡，同時(shí)，它的命運(yùn)則取決于一個(gè)國(guó)家的太空戰(zhàn)略，也與一國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和其國(guó)內(nèi)外政治形勢(shì)息息相關(guān)。冷戰(zhàn)時(shí)期，為了在政治上擊敗蘇聯(lián)，美國(guó)不惜一切代價(jià)實(shí)施“阿波羅登月計(jì)劃”，研制了“阿波羅”登月飛船和迄今為止推力最強(qiáng)的土星—5運(yùn)載火箭，風(fēng)頭一時(shí)無(wú)出其右者。

然而，美國(guó)的太空戰(zhàn)略比較跳躍，缺乏繼承性，在此之后，并沒(méi)有繼續(xù)研究載人飛船和大運(yùn)載火箭，而是轉(zhuǎn)向可重復(fù)使用的天地往返運(yùn)輸器——航天飛機(jī)。在研制航天飛機(jī)時(shí)，又過(guò)分強(qiáng)調(diào)技術(shù)先進(jìn)性，而忽視安全性和可靠性，留下諸多隱患，以至于出現(xiàn)“挑戰(zhàn)者號(hào)”和“哥倫比亞號(hào)”兩次失事，為美國(guó)的航天飛機(jī)計(jì)劃留下濃重的陰影。另一方面，與空間站和宇宙飛船相比，航天飛機(jī)在燒錢方面簡(jiǎn)直就是個(gè)只進(jìn)不出的黑洞。以上種種原因，造成美國(guó)的航天飛機(jī)項(xiàng)目終于在今年7月隨著 “阿特蘭蒂斯”號(hào)的終結(jié)之旅而宣告謝幕。

前蘇聯(lián)則一直將注意力放在空間站、航天服和交會(huì)對(duì)接技術(shù)上，并成功建造過(guò)8個(gè)空間站，這些空間站目前皆已壽終正寢。隨著1991年蘇聯(lián)解體，其繼承者俄羅斯無(wú)力繼續(xù)建造新的空間站，而美國(guó)于1984年啟動(dòng)的空間站計(jì)劃也遲遲未能成形。美國(guó)有錢，俄羅斯有技術(shù)，于是，兩個(gè)大國(guó)各取所需，一拍即合，把空間站轉(zhuǎn)化成一個(gè)聯(lián)合研究計(jì)劃，并吸引了歐空局、日本和加拿大前來(lái)參加。

今年7月，俄羅斯太空官員宣布，在2020年國(guó)際空間站的使用壽命到期后，將它沉入大海。去年，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬正式公布了美國(guó)的“新太空探索計(jì)劃”，表示將放棄小布什之前制定的旨在重返月球的“星座計(jì)劃”，將火星作為美國(guó)載人航天計(jì)劃的目的地。根據(jù)這一目標(biāo)，美國(guó)宣布開始重拾載人飛船與重型運(yùn)載火箭的研究。

從各國(guó)宣布的計(jì)劃看，到2020年，中國(guó)的空間站將可能成為太空中飛行著的唯一的空間站。為了給發(fā)射空間站做準(zhǔn)備，中國(guó)目前正在研制“長(zhǎng)征五號(hào)”重型運(yùn)載火箭，并在海南省文昌市建立新的發(fā)射基地。因?yàn)橹袊?guó)現(xiàn)有的飛船及“天宮一號(hào)”的運(yùn)載能力都只有10 噸，而2020年中國(guó)要發(fā)射的空間站將達(dá)20 噸左右——這還僅僅是核心艙。未來(lái)的中國(guó)空間站還將與一個(gè)載人飛船、一艘貨運(yùn)飛船以及兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙交會(huì)對(duì)接，預(yù)計(jì)總重量將達(dá)60噸～100 噸。

在空間站建成之后，中國(guó)的載人航天將往何處去？對(duì)此，戚發(fā)軔透露說(shuō)，目前對(duì)此討論很多，但還沒(méi)有確定。中國(guó)已進(jìn)行了月球探測(cè)，下一步將對(duì)火星和金星展開探測(cè)，但中國(guó)的載人登月計(jì)劃還在論證中。

（部分資料參考《國(guó)際太空》2011年第9、10期，《中國(guó)載人航天發(fā)展回顧及未來(lái)設(shè)想》，戚發(fā)軔著）