“天宮”運行冒三大風險

　　在四大名著《西游記》中，有一出家喻戶曉的故事：美猴王孫悟空“大鬧天宮”，嚇壞了玉皇大帝和王母娘娘。我國古代神話故事中的天宮，正是神仙們在天上居住的宮殿。

　　遙望浩瀚星空的古代人也許不會想到，千百年后的今天，我們即將建造自己的“太空宮殿”，迎接航天員入住。它凝聚了我國幾代航天人的心血與夢想。

　　太空宮殿雛形是什么？我們?yōu)槟斀狻疤鞂m一號”。

　　天宮一號什么模樣？

　　“小胖子”肚內建造小公寓

　　2009年春晚，“天宮一號”模型登上舞臺，正式亮相。它挺著圓鼓鼓的肚子，張開兩片“翅膀”，憨態(tài)可掬。

　　這個“大肚子”，就是“天宮一號”的圓柱形實驗艙，是將來航天員活動的地方。兩片像鳥兒一樣伸展的“翅膀”，便是太陽能帆板，能利用太陽光發(fā)電，給“天宮”補充能量。

　　“天宮一號”是在神舟號飛船基礎上改裝而成。外形上，“天宮一號”比神舟七號飛船腰圍粗了一大圈，是個不折不扣的“小胖子”。它是我國當前體積最大、重量最重的航天器，最大直徑比“神七”多出近1米，能為航天員提供一個更寬裕的空間。

　　組成上，與三艙段的“神七”不同，“天宮”由實驗艙和資源艙兩部分組成。實驗艙是密封艙，可保證艙壓、溫濕度、氣體成分等航天員生存的基本條件，還精心打造了一個15立方米的“小公寓”。資源艙則為航天器提供能源和動力。

　　中國空間技術研究院載人航天總體部科技委委員楊宏介紹，同為載人航天器，“天宮一號”在載人的可靠性、安全性上，與神舟系列飛船具有相同要求，但載人飛船是運輸工具，送航天員在天地間往來，“天宮”則在近地軌道上長期運行，直至最后完成使命才墜落地球。

　　天宮一號有何任務？

　　與神八“接吻”迎接航天員

　　中國載人航天工程副總指揮牛紅光介紹，天宮一號飛行的主要任務，是為實施航天器空間交會對接飛行試驗、突破和掌握航天器交會對接技術，提供交會對接目標。在兩年時間內，“天宮一號”將先后與神舟八號、神舟九號、神舟十號飛船交會對接，迎接航天員短期駐留。

　　“天宮一號”是目標飛行器，即自身裝有被動對接機構，在太空中等待飛船到來，“追上、靠近、貼攏”，實現合二為一。因此實驗艙前段用于交會對接的機構，及相應的測量設備，是“天宮”身上最關鍵的部分，待“神八”上天，它們就將“接吻”。

　　除此之外，“天宮一號”還肩負組合體的控制和管理任務。據楊宏介紹，此次交會對接任務中，“天宮”與“神八”連成一體后，將合成一個飛行器，屆時“神八”便成了跟在“天宮”后頭的小弟弟，聽“天宮”統(tǒng)一發(fā)號施令。

　　交會對接是世界公認的技術難題，又是建造空間站的必備技術，是必須逾越的關卡。“天宮一號”在兩年時間內分別完成與三艘飛船的交會對接，為我國將來建造空間站鋪路。

　　飛天的意義是什么？

　　為真正的空間實驗室探路

　　“天宮一號”被稱為我國空間實驗室的雛形，它其實是一個簡易的空間實驗室。

　　空間實驗室的建立，是為讓航天員在太空中做科學實驗，通常首先發(fā)射一個無人實驗室，再發(fā)射載人飛船，將航天員送入太空，飛船與停留在軌道上的實驗室交會對接后，航天員沿連接通道進入實驗室，開展工作。等任務完成，飛船脫離實驗室，載航天員回地面。

　　據我國載人航天工程規(guī)劃，將在2011年至2015年間先后發(fā)射“天宮”三姐妹?！疤鞂m一號”作為先行者，為后續(xù)發(fā)射的“天宮二號”與“天宮三號”探路，后兩者將是我國真正意義上的空間實驗室。

　　楊宏介紹，“天宮一號”此次主要開展空間技術實驗，同時相應開展空間科學實驗。

　　楊宏介紹，自“神舟一號”至今，已安排100多項實驗，均在幾百家科研機構中選出，能在交會對接過程中進行實驗是非常難得的機會，在資源、功耗各方面限制非?？量痰臈l件下，為開展國內領先水平的空間科學實驗，付出了巨大努力。

　　除進一步掌握空間交會對接技術外，后續(xù)空間實驗室還將試驗飛行器長期在軌自主飛行、載人環(huán)境、物品補給等關鍵技術。

　　天宮一號未來如何？

　　兩年后退役墜入指定海域

　　前段時間，美國“衛(wèi)星失控撞地球”一事備受關注，引發(fā)人們對太空垃圾威脅地球的擔憂?！疤鞂m一號”結束服役后將何去何從？在前天召開的發(fā)布會上，載人航天工程新聞發(fā)言人武平首次透露，“天宮一號”服役期滿，將墜入指定海域。

　　“天宮一號”將在約350公里高空，以每秒7.91公里的速度飛行，達到光速的23倍。(鳳凰網編者注：此處有誤，目前尚無超光速的物質存在。)此前的神舟系列飛船，在太空停留時間均以“天”為單位計算，而“天宮”將繞地球轉兩年，是我國迄今為止壽命最長的低軌道飛行器。

　　但與國際空間站長達十余年的使用壽命相比，“天宮一號”的生命就顯得短暫。為何不讓“天宮”再飛久一些？《國際太空》雜志執(zhí)行主編龐之浩解釋說，“天宮”按空間實驗室雛形的標準設計，肩負的交會對接試驗任務能在兩年內完成，無需延長壽命，以免徒增成本。

　　楊宏介紹，已設計好離軌控制措施，在“天宮一號”壽命末期，將發(fā)出相關指令，讓其離開目標軌道，墜落地球，“不會留下太空垃圾，也不會對地面造成影響”。

　　太空飛行面臨哪些危險？

　　在我國，從沒有一個飛行器在天上待那么久。從無處不在的太空垃圾，到隨時降臨的太陽風暴，各種大考小考，它都將一一面對。在太空飛行的每一天，科技人員都會進行碰撞概率的計算，看看那些散落在太空的“不速之客”，會不會產生威脅。

　　遭遇空間碎片概率大

　　據統(tǒng)計，直徑大于1厘米的空間碎片數量已超11萬個，小到人造衛(wèi)星碎片、漆片、粉塵，大到整個火箭發(fā)動機。在幾千米每秒甚至幾十千米每秒的相對速度下，即使與幾毫米長的碎片輕微碰撞，也可能對“天宮一號”造成致命打擊。

　　“威脅肯定存在，而且要比我們以往的神六、神七面臨得更大！”中國科學院空間中心研究員都亨認為，“天宮一號”體積和重量均大于神舟號飛船，且在軌運行兩年，被撞擊的概率更高。

　　“天宮”與“神八”肩負交會對接任務。一旦遇碎片，或“天宮”或“神舟”都需改變原軌道躲避，可能直接導致對接任務無法完成。

　　都亨表示，如果可以詳細且完整地知道每一個空間碎片的軌道數據，那么通過調整軌道躲避撞擊就很容易?！暗y就難在，目前我們還沒有自己的數據來支持?！?/p>

　　>>應對

　　穿“防護甲”嚴陣以待

　　為防止這些“不速之客”的傷害，“天宮一號”穿上2至3毫米厚的金屬外衣，艙體上設計了特殊的防護裝置，并攜帶防護板，可遮擋微小碎片的撞擊，較小的太空垃圾幾乎不會對它造成影響。

　　“天宮一號”在太空中飛行的每一天，中國空間技術研究院的科技人員都將進行碰撞概率的計算，以提前應對。航天五院的工作者還為“天宮一號”制定了專門的預警機制，用黃、橙、紅代表不同的預警等級，紅色代表有可能撞擊到“天宮一號”的碎片，是最高級別的危險。

　　經初步計算結果表明，兩年的在軌運行過程中，“天宮”不會遇到危險“訪客”。一旦真有危險，或遇到體積較大的“家伙”，技術人員會在地面向“天宮一號”發(fā)出指令，提前啟動預警機制，改變飛行軌道和速度以避開危險物，再回到預定的軌道繼續(xù)飛行。

　　工作人員還在地面進行了零壓力應急試驗，當“天宮”艙體出現5毫米漏孔時，采取的措施能維持艙壓不小于70千帕、并保持80分鐘，這樣才能為航天員贏得充足的逃生時間。

　　2近兩年太陽頻繁“打噴嚏”

　　除空間碎片外，太陽風暴也是潛在威脅之一。太陽因能量增加會向空間釋放出大量帶電粒子流，形成的高速粒子流，就是“太陽風暴”，被科學家形象地比喻為“太陽打噴嚏”。

　　據介紹，高層大氣受太陽風暴的影響，密度會發(fā)生劇烈變化，對航天器造成影響。2003年10月，由太陽耀斑爆發(fā)引發(fā)的一系列強烈太陽風暴，就曾使多國的航天器受到干擾。

　　交會對接任務對精確定軌的要求非常高，而這兩年正是太陽活動的高峰年。研制人員預計，“天宮一號”難逃此劫，受其影響，其軌道的衰減速度將加快，進而影響“神八”之后的交會對接。

　　>>應對

　　太陽射電望遠鏡顯身手

　　今年8月通過驗收的山東石島太陽射電望遠鏡，及2008年已建成的第一個太陽光球色球望遠鏡，將預報可能對飛行器造成影響的太陽風暴。

　　太陽射電望遠鏡每天日出開始工作，日落收工，實時監(jiān)測，國家空間天氣監(jiān)測預警中心隨時調取數據信息；太陽光球色球望遠鏡則在工作時間內，每分鐘產生一張照片，于當天下午發(fā)送到國家空間天氣監(jiān)測預警中心。

　　同時，相關科研人員還通過有效的設計，適時利用地面控制系統(tǒng)，啟動“天宮一號”上的推進器將其往高處托舉，以維持在要求的軌道高度。

　　3如果自身設備出現故障

　　“天宮一號”里有500余臺大小設備，對在軌運行和正常工作都十分關鍵。在長達兩年的時間里，這些設備在太空中一旦出現故障該怎么辦？

　　>>應對

　　幾百預案保證正常運轉

　　中國空間技術研究院載人航天總體部型號主管設計師李興乾表示，設計時已作充分的地面試驗，有的設備試驗次數達萬次以上。此外，還針對各種可能出現的故障提前制定了幾百項預案，各級、各層面都做了備份，保證“天宮一號”各部件的正常運轉。

　　在一些關鍵設備的控制上還設計了“雙保險”，比如無人期間設備自動控制，有人時還可以讓航天員參與進行人工控制。

　　李興乾表示，“天宮一號”的艙體密封性很高，保證所攜帶資源的泄漏微乎其微，發(fā)射時也會帶足氣源進行泄漏補償，不會影響航天員的正常使用。

　　幕后

　　體檢嚴格天宮遭罪

　　奔赴太空前，“天宮一號”要經過嚴格“體檢”，以確保能適應太空環(huán)境。

　　在中國空間技術研究院高大的廠房內，工作人員模仿“天宮”從發(fā)射升空到太空飛行的各種環(huán)境，通過振動試驗、噪聲試驗、真空熱試驗、泄復壓試驗等，逐一檢查“天宮”的身體，分析與排查各種“病癥”。

　　交會對接是此次任務的重頭戲，為測試對接時太空通信能否保持通暢，工作人員甚至請來大飛機幫忙，在地面進行多次對接試驗。他們分別坐上兩架飛機，相距一定距離飛行，一邊模擬交會對接過程，一邊測試通信系統(tǒng)能否有效發(fā)送并接收信號。

　　“天宮一號”還被五花大綁在振動臺上“跳舞”，這是為測試它能否適應火箭起飛時產生的巨大振動，以及過載產生的影響，所做的振動試驗和熱力學試驗。在振動臺上，“天宮一號”被死死固定住，渾身接滿數百條導線，一次次左右上下“跳舞”，工作人員在旁觀測輸出的各項數據，檢測振動對各種設備產生的影響。

　　在太空飛行，陽光也會起起落落，時冷時熱。為模仿這一環(huán)境，“天宮一號”被裝進特制的大罐內，里邊抽成真空狀態(tài)，時而加熱，時而冷卻，創(chuàng)造“惡劣”的環(huán)境，考驗“天宮一號”在極端溫度條件下的適應能力。

　　在地面進行的所有嚴厲的考試中，“天宮一號”遭了不少罪，這正是為了此時此刻，它能在太空承受更為嚴峻的考驗。

　　歷程

　　1986年3月

　　中國著名科學家王大珩、王淦昌、楊嘉墀、陳芳允聯(lián)合提出《關于跟蹤研究外國戰(zhàn)略性高技術發(fā)展的建議》，經論證、批準后成為《高技術研究發(fā)展計劃綱要》，代號為“863計劃”。10月，中央撥?？?00億元實施計劃，其中40億用在航天領域。

　　載人航天工程批準上馬，確定三步走發(fā)展戰(zhàn)略。

　　“神舟一號”發(fā)射，載人航天工程進行第一次飛行試驗。2001年1月10日

　　“神舟二號”升空，是我國第一艘正樣無人飛船。

　　“神舟四號”升空，全面驗證飛船系統(tǒng)。

　　“神舟五號”成功實施首次載人航天飛行。

　　“神舟七號”實現首次出艙。

　　“天宮一號”飛天，將重點突破空間飛行器交會對接技術，為建立空間實驗室做準備。

　　檔案

　　飛天“三步走”

　　1992年，我國確定載人航天工程三步走發(fā)展戰(zhàn)略。第一步為發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，神一至神六已完成。

　　第二步要突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術，并利用載人飛船技術改裝、發(fā)射一個空間實驗室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應用問題。

　　第三步是建造空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應用問題。

　　今年完成首次交會對接后，后續(xù)任務是到2012年底前，完成無人和載人空間交會對接試驗；到2016年前，研制并發(fā)射空間實驗室，突破和掌握空間站關鍵技術，開展一定規(guī)模的空間應用；2020年前后，研制并發(fā)射核心艙和實驗艙，在軌組裝成本體質量60噸級載人空間站，突破和掌握載人空間站建造和運營技術、長期載人飛行技術，并開展較大規(guī)模的空間應用。

　　科研

　　科學實驗惠及百姓生活

　　太空擁有地球上所不具備的獨特環(huán)境，如微重力、超高真空、高熱和深冷、強輻射等，是一塊尚待開發(fā)的寶藏。

　　航天器可裝載的科學試驗儀器，進行空間對地觀測和各種科學實驗，有的研究成果與人類生活息息相關，已廣泛用于醫(yī)藥發(fā)展、食品保健、疑難病癥防治等領域；有的則與我們生活的環(huán)境緊密相連，可預知地球上的自然現象、探索發(fā)展規(guī)律。

　　據載人航天工程空間應用系統(tǒng)副總設計師張善從介紹，此次在“天宮一號”上安排了地級環(huán)境監(jiān)測、空間材料科學、空間環(huán)境探測三方面的空間科學實驗。

　　“天宮一號在地球環(huán)境監(jiān)測方面安排了一個高光譜相機，這項空間科學實驗將給百姓生活帶來積極影響?！睆埳茝恼f，光譜成像儀對于資源勘探、環(huán)境監(jiān)測以及解決百姓關心的食品安全問題都能發(fā)揮作用。“如大氣中空氣污染的情況、農作物中重金屬的含量、國家的油氣資源等，都可通過光譜進行探測，在民用領域有較大應用。”

　　在空間材料實驗中，“天宮”將應用太空無重力環(huán)境，研究“21世紀可能帶來信息技術革命的新材料”復合膠體晶體；空間環(huán)境監(jiān)測實驗則將為其本身的安全、精確定位等提供基礎數據。

　　數說

　　10.4米：天宮一號全長10.4米，最大直徑為3.35米

　　8.5噸：天宮一號起飛重量為8.5噸。

　　2年：天宮一號設計在軌壽命為2年，運行高度約為350公里。

　　15立方米：實驗艙有效活動空間約15立方米，可滿足3名航天員在艙內工作和生活需要。

　　6個：6個百斤重的控制力矩陀螺精確安裝在資源艙內，當“天宮一號”尋找對接目標時，正是這些“大個陀螺”，對“天宮”進行精確的姿態(tài)控制。

　　300面：“天宮一號”攜300面國際宇航聯(lián)合會會旗升空，并將由執(zhí)行我國首次載人交會對接任務的中國航天員帶回地面。這300面會旗曾在去年底通過俄羅斯聯(lián)盟號載人飛船送至國際空間站，由美國奮進號航天飛機于今年6月帶回地面，現在接力棒傳到“天宮一號”的手上。

　　資源艙

　　內有發(fā)動機、電源裝置等，為軌道機動提供動力，為飛行提供能源。外部安置太陽翼，用于提供軌道與姿態(tài)控制、電力能源供應、熱控環(huán)控。

　　實驗艙

　　實驗艙由密封的前錐段、柱段和后錐段組成，密封艙可保證艙壓、溫濕度、氣體成分等航天員生存條件，可用于航天員駐留期間在軌工作和生活，密封的后錐段安裝再生生保等設備。

　　交會對接機構

　　實驗艙前端安裝被動對接機構及交會對接測量合作目標，與飛船對接后，可形成直徑0.8米的轉移通道。