“孕育”中國空間站

姜浩峰

10月23日在上海錢學森圖書館開幕的“圓夢九天——中國載人航天工程的壯麗航程”專題展覽上，9次神舟系列飛船的一系列關鍵技術被一一呈現。就在同一日，俄羅斯聯盟TMA-06M號飛船搭載來自俄羅斯和美國的3名宇航員從位于哈薩克斯坦的拜科努爾航天發射場發射升空，前往國際空間站。

今后我國的載人航天技術與國際空間站會有多大關聯呢？當我國航天員景海鵬、劉旺、劉洋駕乘神舟九號載人飛船成功完成使命時，就有外媒提出，因為掌握了交會對接技術，10年后，中國可能為地球人承擔起國際空間站的使命。

日前，航天專家、上海航天技術研究院資深研究員陶建中接受《新民周刊》專訪，他說：“我國掌握多種太空交會對接技術，比如神舟九號與天宮一號無人交會對接和有人自動交會對接、手控交會對接，除此之外，實際上我國還掌握其他的一些交會對接技術。目前來看，中國的交會對接技術，已經與美俄同步。”陶建中還透露了未來我國建立空間站的關鍵技術節點——正在研制中的機械臂和轉位機構。

“我們的對接是最先進的”

自去年秋天實現無人自動交會對接以來，天宮一號“空房”九個月。今年6月，景海鵬、劉旺、劉洋三名航天員乘坐神舟九號飛船，與天宮一號交會對接，最讓人擔心的，還是交會對接那一瞬。雖說操控手動交會對接的劉旺，在地球上演練了無數遍，可九個月以來，天宮一號許多部件裸露在太空，也可能遭遇太空垃圾之類的撞擊，承受高低溫考驗，特別是天宮一號的密封性如何，都將直接影響到交會對接的成敗。按照上海航天局局長朱芝松所言：“天宮一號對接機構在強光、空間離子、驟冷驟熱等惡劣空間環境下‘裸奔了270多天，性能會不會發生變化，我們心里還是有一絲擔心。”

《新民周刊》從上海航天技術研究院了解到，對于天宮一號的密封性，地面要求每秒6帕就算合格，而這次實測，天宮一號在太空飛行9個月，每秒只有0.9帕，密封性比預測的還要好。

陶建中向記者透露，今年6月完美的交會對接，來自地面充分有效的實驗。陶建中說：“20世紀90年代，中國載人航天確定‘三步走策略之初，就瞄準了當時最先進、最復雜的國際空間站交會對接技術——俄羅斯制造，連美國都向其購買。” 陶建中在去年上海科技出版社出版的《太空對接故事》一書中，詳解了美蘇兩國早期的交會對接技術，它們各有優缺點，最終形成了國際空間站和航天飛機的對接機構。

“美蘇早期交會對接，在太空經歷了許多失敗。比如蘇聯第一次自動交會對接、有人交會對接、三船交會對接和空間站交會對接，全部都失敗。”而中國神九與天宮有人交會對接圓滿成功，事實上為將來與國際空間站對接，做好了技術準備。

為了今后的合作，中國的載人飛船和天宮在交會對接的構型和尺寸上，可以與國際兼容。到2020年國際空間站可能銷毀，屆時，中國的空間站上天，可能對外開放。

正如美國天體物理學家、美國自然歷史博物館物理科學館館長邁克爾·沙拉所言：“因為只有成功地完成這項難度很大的對接任務，才有機會登上月球，甚至火星，或者其他小行星。很顯然，中國已經掌握了這項對接技術。他們完成了自動和手動兩種對接方式。所以很明顯，他們已經牢牢掌控了這項技術。我覺得這非常值得稱贊！現在世界上還沒有任何其他國家有能力獨立完成這些項目，包括歐盟都不能，它們也還是要和美國、俄羅斯這些國家一起合作。”

交會對接技術手段多樣

陶建中研究員向《新民周刊》透露：“未來，中國在交會對接上，有多種方法、途徑。”

比如，這次“神九”與天宮一號交會對接，打開艙門就可以交換人、物，人像魷魚一樣從神舟九號游到天宮一號。這就是所謂的“機電一體化周邊式一體同構對接機構”，有118個傳感器、5個控制器、18個電機、291個齒輪、759個軸承、261個彈簧以及1萬多個緊固件組成。而我國還有比這次交會對接更簡單一些的載人航天交會對接技術，比如追趕式對接機構。這是一種中間沒有通道的對接機，當實現太空交會對接后，航天員再動手將中間部分拆除，然后才能實現航天器和太空艙的互通。

“除了載人航天交會對接以外，我國還掌握一種抱爪式交會對接技術。”陶建中說，“抱爪式對接機構，主要用于探月工程和衛星系統，機構較小。它是為了實現‘繞、落、回，也就是繞著月球飛行，落到月球表面，以及回到地球而設計的，主要是為了把月球上的巖石運回地球。”

除了已掌握的各類交會對接技術，未來，電磁式和非接觸式交會對接，將是發展方向。

空間站建設有了新主攻目標

天宮一號和神舟九號載人交會對接完成后，國人通過央視觀看了“神九”回歸地球的現場直播，看到了航天員安全返回。完成了階段性任務的科研人員，又馬不停蹄地開工了。

比如，機械臂的研制。機械臂，是空間站必需的裝備。媒體報道——“美國太空探索技術公司發射的‘龍號無人駕駛貨運飛船5月31日離開國際空間站，返回地球。國際空間站宇航員5月31日上午操縱機械臂，讓‘龍脫離空間站，結束它的訪問行程。” 之前日本發射的貨運飛船，也擁有機械臂技術。

機械臂，可謂是未來空間站必不可少的關鍵技術。比如機械臂可以在空間站協助航天員，實現航天員艙外工作，把東西拉來拉去，代替甚至超越人手，進行設備維護檢修等。

還有就是生命保障技術，仍有很大的進步空間。上海航天技術研究院的游本鳳先生向記者透露，這次神舟九號與天宮一號交會對接任務，帶上去的食物，只吃了三分之一，其余三分之二全帶回了地球。原因是天宮一號目標飛行器，相對空間站來說，仍是個小型機構。其制氧、制氫能力有限，最多只能維持20天。事實上本次航天員在太空呆了13天。

陶建中算了一筆賬，每個航天員每天消耗的干食物為500克，水2200克，呼吸需要氧氣900克。也就是說，每人每天總共需要消耗3600克物質。而每人每天產生二氧化碳930克、尿1500克、水汽840克、糞便230克。也就是說，每人每天產生廢物3500克。如是3名航天員，那數據就得乘以3。所以，當年蘇聯的禮炮號航天員，最長在太空呆了23天；美國則是28天。而生命保障體系進一步完善，可以實現太空補給和垃圾回收，那么，航天員就能突破20來天的限制，在太空逗留更多時間。

目前航天系統在研的項目，還有轉位機構。飛行器與空間站對接上后，要轉換方向，就得靠它。轉位機構還將與目前掌握的交會對接技術相輔相成，使得對接機構的功能不斷延伸。未來空間站建設上，飛行器對接成功以后，還要利用對接機構上的轉位機構實現艙體的轉位功能，從而實現空間站的組裝建設。此外，一旦我國的火星探測計劃啟動，這些技術也將助力火星軌道器順利釋放火星車，然后成功對接返回地球。

誠如中國載人航天工程辦公室主人王兆耀所說：“在歡慶勝利的同時，我們也清醒地認識到，我國載人航天技術與國際先進水平相比，還有相當的差距。要全面完成我國載人航天工程‘三步走的戰略目標，后續任務依然十分艱巨，任重而道遠。”機械臂、轉位機構，都是我國未來空間站“孕育”中不可或缺的環節。