“神舟九號”最重要的任務，就是與去年9月29日發(fā)射升空的“天宮一號”會合，進行中國首次載人空間交會對接。

作為本次空間交會對接任務的目標飛行器，“天宮一號”已于6月初降軌至對接軌道，在軌正常運行，以等候“神舟九號”的來臨。從飛行、交會、對接，到最后“神舟九號”與“天宮一號”分離，其中軌道艙將會自然衰落后墜落大氣層，返回艙返回地球。

完成這全過程，“神舟九號”預計在軌飛行13天左右，將是目前中國載人航天在軌時間最長的一次，此前的紀錄由“神舟六號”保持，時間為115小時32分鐘。

經過載人交會對接的洗禮，“中國的飛般將成為真正的載人天地往返工具，能把人送到空間站或者空間實驗室中去。”載人航天總工程師周建平向《財經》記者表示。

交會對接難度大

在人類的空間探索活動中，交會對接技術不可或缺，而且還十分復雜。所謂交會對接，是指將兩個航天器在空間軌道上連成整體進行軌道飛行。本次載人空間交會對接計劃分為四個過程：一是交會，“神舟九號”要跟上并對準“天宮一號”；二是對接，兩個航天器通過對接機構連接，并且完全密封；三是變成組合體在軌道上運行，此時需要實現由一個航天器控制另外一個的技術；四是航天員從“神舟九號”進入“天宮一號”，再回到“神舟九號”并返回地面。

空間交會對接技術的作用巨大，其最廣泛的應用就是為長期運行的空間站提供物資補給和人員運輸服務。例如，除早期試驗階段外，俄羅斯“聯盟”號載人飛船和“進步”號貨運飛船的全部飛行任務，以及美國航天飛機與“和平”號空間站和國際空間站對接的主要任務，都屬于此列。而且，空間站本身的建造也離不開交會對接技術。

空間交會對接技術另一個重大潛在應用領域是載人登月和深空探測任務。它可以通過在軌完成轉移飛行器的重新組裝，以降低對運載火箭運載能力的需求。在美國“阿波羅”登月過程中，航天器在地球軌道和月球軌道要分別進行一次交會對接。

在全球已有的300多次交會對接中，出現過十多次失誤，主要集中在人類載人航天活動的早期。但即使到了1997年，俄羅斯的兩個航天器還發(fā)生過一次重大的空間交會對接事故，“進步M3-4”飛船與“和平”號空間站相撞，導致“和平”號空間站上的“光譜”號艙被迫關閉，部分氧氣泄漏，動力系統(tǒng)也受到影響。

根據航天員及地面站的參與程度，交會對接技術可分為人工控制方式和自動控制方式。美國較多應用人工控制方式，而俄羅斯則主要采用自動控制方式。

人控方式為飛船先由地面控制，接近空間站后，再由航天員控制完成太空交會，其對接優(yōu)點是：可以提高交會對接的成功率；能及時修正交會系統(tǒng)中的錯誤和排除故障；節(jié)省燃料和時間。自控交會對接的優(yōu)點是：不需要復雜的生命保障系統(tǒng)，可靠性高，無須考慮人員的安全和救生問題。

中國空間技術研究院研究員龐之浩表示，人控交會對接對航天員本身有很高要求，如較高的空間位置判斷能力、手眼協(xié)調能力和精細操作能力，同時，航天員還要面臨燃料消耗和時間限制，必須在一定時間里完成對接，所以對航天員的心理素質也要考核。

實際上，“自動交會對接與手動交會對接相結合，對接會更可靠?！北本┐髮W地球與空間科學學院教授焦維新告訴《財經》記者。未來的發(fā)展趨勢是人控和自控相結合，以提高交會對接的靈活性、可靠性和成功率。

2011年11月3日，“神舟八號”與“天宮一號”以自控方式完成了中國載人航天的首次空間交會對接，也使中國成為繼俄羅斯、美國之后，第三個自主完成交會對接的國家。在此基礎上，“神舟九號”的主要任務是使航天員掌握人控交會對接技術。

焦維新分析，“神舟九號”與“天宮一號”成功對接后，就可以認為中國完全掌握了空間交會對接技術，這項技術是載人航天第二步中技術難度最大的。

“神舟”的任務演進

1992年9月21日，中國決定實施載人航天工程之初，就確定了“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。

“三步走”的第一步，是發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應用實驗；第二步是空間實驗室階段，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應用問題；第三步是空間站階段，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應用問題。

在載人航天工程前兩步中，“神舟”飛船針對不同階段的使命，在技術狀態(tài)上呈現數種變化。

航天飛船在太空中完成任務后，若整體返回，則飛船的重量和體積很大，技術難度增加。因此，飛船不是做成一個整體，而是分艙段，以減少飛船返回時的重量?！吧裰邸辈捎萌摻Y構，由軌道艙、返回艙與推進艙組成。軌道艙是航天員生活和工作的地方；返回艙是飛船的指揮控制中心，航天員乘坐其上天和返回地面；推進艙則為飛船在軌飛行和返回時提供能源和動力。

從“神一”到“神六”，中國解決了載人航天工程第一步的全部問題。“神舟”飛船首任總設計師、中國工程院院士戚發(fā)軔告訴《財經》記者，在“神六”之前，“神舟”飛船的變化不大，軌道艙自帶太陽電池翼，在飛船返回后實現留軌利用，可以成為一個空間實驗室。

“神七”開啟了中國載人航天工程的第二步。為解決航天員出艙操作，它既沒有自帶太陽電池翼，也沒有進行留軌利用。經過改進，軌道艙在保留航天員生活艙功能的同時，又充當出艙活動需要的氣閘艙。在航天員出艙前，氣閘艙能夠快速泄出空氣，使艙內壓力接近真空狀態(tài)下的零氣壓；航天員返回后，氣閘艙又能快速恢復壓力至一個標準大氣壓。氣閘艙內還配置了支持航天員空間出艙活動的相關設備設施。

“神八”到“神十”的目標，是要突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術，其軌道艙也不做留軌利用。戚發(fā)軔透露，原計劃“神八”和“神九”都不載人，但“神八”圓滿完成第一次交會對接，而且經過9個月的監(jiān)測，“天宮一號”也具備了迎接航天員的條件，“神九”相應調整為載人任務。

如果“神九”不負眾望，那么“神舟飛船的使命就完成了”。戚發(fā)軔表示，“現在‘神十’要做什么還沒有確定?！?/p>

由此可見，載人航天工程第二步的四大關鍵技術已解決其二，即出艙技術和交會對接技術，還剩下補給技術和再生式生命保障系統(tǒng)這兩項關鍵技術需要突破。

補給技術的實現，需要研制貨運飛船，以滿足數以噸計的天地間物資運輸需求。戚發(fā)軔透露，“現在（貨運飛船的）相關工作正在進行，但還沒有起名?！?/p>

不過，即便擁有了貨運飛船，天地間的運輸成本也非常高，根據中國載人航天工程網的資料顯示，1公斤物質從地面發(fā)射到近地軌道的空間站約需2萬美元。而且，一旦建成空間站，航天員的留駐時間相對較長，需要物資較多，進一步拉高了輸送成本。

而再生式生命保障系統(tǒng)正是為了能夠就地解決補給。預計中國對補給技術和再生式生命保障系統(tǒng)的驗證，需要依靠計劃于2015年前發(fā)射的“天宮二號”乃至“天宮三號”空間實驗室來實現。

火箭瓶頸

當空間站的關鍵技術都得到驗證后，預計2020年前后，中國將實現載人航天工程的終極目標——在軌組裝載人空間站，突破和掌握近地空間站組合體的建造和運營技術、近地空間長期載人飛行技術并開展較大規(guī)模的空間應用。

中國載人航天工程新聞發(fā)言人武平分析稱，由于國際空間站可能會在2020年前后退役，屆時，中國空間站就有可能成為太空中唯一的人類空間站。中國自建空間站將由一個21噸核心艙和兩個20噸級實驗艙組成，總發(fā)射重量超過60噸。此外，空間站的正常運行，還應包括一架貨運飛船和一架載人飛船。

但目前最大的問題是，中國制造不出運載能力達20噸以上的火箭。發(fā)射“神舟”系列飛船和“天宮一號”的“長征2F”火箭在近地軌道的運載能力為8.5噸，已是中國運載能力最大的火箭，運載能力的缺口相當顯著。

正在研制中的“長征5號”火箭被賦予了突破瓶頸的使命，其設計的近地軌道運載能力可達25噸。中國運載火箭技術研究院研究員、中國工程院院士龍樂豪告訴《財經》記者，“長征5號”與“長征2F”最大的區(qū)別之一就是火箭推進劑的改變：液體四氧化二氮和偏二甲肼是“長征2F”火箭的推進劑，其在單位時間、單位燃料消耗量下所產生的推力（即比推力）較小，而且具有一定毒性；“長征5號”則以性能較高的氫氧發(fā)動機或液氧煤油發(fā)動機作為主動力。

此外，“長征5號”火箭的芯級和助推器的直徑，都會比“長征2F”火箭提高不少，相應的推進劑灌注量也大大提高。

不過，在龍樂豪看來，“長征”運載火箭的適用性能并不完善，仍屬于“家族式”系列，即每個運載型號的發(fā)展都源于特定的需求，型號技術狀態(tài)差別較大，還存在運載能力重疊的現象，并非真正意義上的“系列化”運載火箭。

在“長征5號”設計上，可以通過在基礎級火箭上面增加相對獨立的上面級，即“像擺渡一樣，到某個軌道再繼續(xù)爬升”，以提高火箭性能和任務適應能力。一般而言，研制一個新火箭型號需六年左右時間。但“長征5號”在2006年獲得批準立項，預計到2015年才能研制成功并實現試飛。龍樂豪分析稱，進度拖后的根本原因在于“長征5號”起點較高，加之新型火箭需要配套建設一批基礎設施，而國內相關的工業(yè)基礎還比較薄弱。

無論從技術上還是經濟實力上，中國未來實現載人登月都是可行的，但是工程方面，很多事情要從頭做起。比如載人登月需要起飛重量在3000噸以上的重型運載火箭，其直徑可達10米，正在研制中的“長征5號”火箭直徑為5米，這就需要重新制作模具等配套設施。

“火箭研究最大的挑戰(zhàn)，是怎樣把火箭做得更可靠，更便宜，更簡單，適應性更高?！饼垬泛勒f。