太空之吻

錢煒

11月1日5時58分07秒，中國“長征二號F”遙八運載火箭在酒泉衛星發射中心載人航天發射場點火起飛，將“神舟八號”飛船發射升空。13分53秒后，中國載人航天工程總指揮常萬全宣布：“神舟八號”飛船發射任務圓滿成功！至此，已經飛行一個多月的中國首個目標飛行器“天宮一號”開始靜靜等待著與“神舟八號”的“太空之吻”。

今年以來，國際航天界一片陰霾：俄羅斯遭遇了一年4次火箭發射失??；美國航天飛機計劃黯然終結使命；國際空間站宣告將于2020年停止運行墜入大海。在此形勢下，“天宮一號”與“神舟八號”的交會對接，讓人感到國際航天事業開始進入“中國時間”。

至關緊要的一“吻”

“交會”“對接”，一個多月的時間里，一個萬眾矚目的航天項目讓這兩個詞成為家喻戶曉的熱詞。

空間交會對接如何進行？“天宮一號”和“神八”先后發射到太空，在交會對接之前，二者都各自繞地球軌道運行。它們最終要完成四個步驟：地面引導、自動尋的、最后逼近，交會對接。其中的前兩步，由地面雷達及GPS進行遠程導引，使兩個飛行器之間的距離接近到幾百公里至100公里左右；其后，二者通過航天器搭載的攝影機、對接敏感器等裝備而繼續靠近，并實現最后逼近。在最后的交會對接過程中，美國一般采用航天員手動方式控制近距離交會對接，而俄羅斯則更多地用自動方式，在自動對接失敗后再采用手動對接。

中國的“天宮一號”和“神八”將采用自動對接的方式，就是依靠各自的傳感器建立雙向導航，最終對接在一起。

人們喜歡把“天宮一號”與“神八”的對接，浪漫地形容為“接吻”。實際上，這個比喻是非常貼切的。因為“天宮一號”和“神八”的對接采用的是“異體同構模式”，就是說，二者“口型”一致，就像兩張嘴巴貼合在一起。

異體同構模式是目前比較先進的對接技術，而另一種對接模式則是“桿-錐”式結構，即一個航天器的對接口內有“接收錐”，而另一個航天器上裝有對接“碰撞桿”，依靠“桿”和“錐”之間的耦合，將兩個飛行中的航天器連接在一起。相比之下，異體同構的優勢在于，沒有主動與被動之分，這有利于救援；其次，異體同構的對接口可以做得比“桿-錐”對接口的直徑大，因而更加暢通，適宜大質量航天器間的對接。

交會對接的過程說起來似乎很簡單，但實際上是一項非常復雜的技術。到目前為止，盡管在人類航天歷史上已經進行了300多次對接，但就在去年還出現過交會對接的故障。因此，交會對接被業界認為是繼航天員太空出艙之后，需通過多次發射和試驗來攻克的又一道技術難關。

載人航天領域有三大基本技術：載人航天器的天地往返技術、空間出艙活動技術和空間交會對接技術。目前，中國已經掌握了其中的前兩項。眼下，“天宮一號”與“神八”的對接，將使中國向最后一項基本技術邁進。迄今為止，全世界只有俄羅斯與美國完全掌握了交會對接技術，一旦“天宮一號”與“神八”交會對接成功，中國將成為世界上第三個獨立地掌握這一技術的國家。

一個完整的國際空間站是多次“拼裝”而成的。它由13個艙、7段桁架結構、4對巨型太陽電池翼和1個移動服務系統組成，所有這些組成部分都需要通過多次對接而建成。可見，如果沒有交會對接，空間站的建設幾乎無法進行。

太空戰略的一步

早在1992年，中國政府就決定實施載人航天工程，并確定了“三步走”的發展戰略:第一步是載人飛船階段，即要建立一個大系統，把航天員送上天，安全運行，并準確返回中國領土之內。“神五”“神六”載人飛船完成的就是這個任務。第二步是突破航天器的交會對接技術，并發射一個8噸級的空間實驗室，解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題，這正是眼下正在完成的過程。第三步是到2020年之前，建造載人空間站，解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。

“天宮一號”是中國第一個空間實驗室。但中國為什么要發展空間站？中國載人航天工程首任總設計師王永志撰文表示，從1971年蘇聯發射“禮炮”1號試驗性空間站開始算起，到國際空間站計劃使用至2020年左右的50年間，載人航天領域唯一沒有間斷的活動，就是空間站的建設和應用。目前，在載人航天領域唯一能夠凝聚16個國家共識的，也只有國際空間站計劃。

以建設空間站或空間實驗室為主線發展載人航天，已成為當今世界各航天大國的共識。它可以作為最為重要的空間試驗平臺，開展空間應用和科學實驗；同時，也可為未來更加長久、更大規模、直至飛向地外天體等的載人航天活動打造技術基礎和積累工程經驗。

神舟飛船首任總設計師戚發軔表示，航天技術發展的長遠目標，是可以像電影《阿凡達》所描繪的一樣，讓人類移民到別的星球上去生活。而人類可以長期居住的空間站，無疑是通往這一宏大目標的第一個中轉站。

空間站的建設意義非凡，同時，它的命運則取決于一個國家的太空戰略，也與一國的經濟實力和其國內外政治形勢息息相關。冷戰時期，為了在政治上擊敗蘇聯，美國不惜一切代價實施“阿波羅登月計劃”，研制了“阿波羅”登月飛船和迄今為止推力最強的土星—5運載火箭，風頭一時無出其右者。

然而，美國的太空戰略比較跳躍，缺乏繼承性，在此之后，并沒有繼續研究載人飛船和大運載火箭，而是轉向可重復使用的天地往返運輸器——航天飛機。在研制航天飛機時，又過分強調技術先進性，而忽視安全性和可靠性，留下諸多隱患，以至于出現“挑戰者號”和“哥倫比亞號”兩次失事，為美國的航天飛機計劃留下濃重的陰影。另一方面，與空間站和宇宙飛船相比，航天飛機在燒錢方面簡直就是個只進不出的黑洞。以上種種原因，造成美國的航天飛機項目終于在今年7月隨著 “阿特蘭蒂斯”號的終結之旅而宣告謝幕。

前蘇聯則一直將注意力放在空間站、航天服和交會對接技術上，并成功建造過8個空間站，這些空間站目前皆已壽終正寢。隨著1991年蘇聯解體，其繼承者俄羅斯無力繼續建造新的空間站，而美國于1984年啟動的空間站計劃也遲遲未能成形。美國有錢，俄羅斯有技術，于是，兩個大國各取所需，一拍即合，把空間站轉化成一個聯合研究計劃，并吸引了歐空局、日本和加拿大前來參加。

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

從各國宣布的計劃看，到2020年，中國的空間站將可能成為太空中飛行著的唯一的空間站。為了給發射空間站做準備，中國目前正在研制“長征五號”重型運載火箭，并在海南省文昌市建立新的發射基地。因為中國現有的飛船及“天宮一號”的運載能力都只有10 噸，而2020年中國要發射的空間站將達20 噸左右——這還僅僅是核心艙。未來的中國空間站還將與一個載人飛船、一艘貨運飛船以及兩個實驗艙交會對接，預計總重量將達60噸～100 噸。

在空間站建成之后，中國的載人航天將往何處去？對此，戚發軔透露說，目前對此討論很多，但還沒有確定。中國已進行了月球探測，下一步將對火星和金星展開探測，但中國的載人登月計劃還在論證中。

（部分資料參考《國際太空》2011年第9、10期，《中國載人航天發展回顧及未來設想》，戚發軔著）