“天神”初“吻”

　　从对接机构接触开始，经过捕获、缓冲、拉近、锁紧4个步骤，神舟八号飞船与天宫一号目标飞器3日凌晨实现刚性连接，形成组合体，中国载人航天首次空间交会对接试验获得成功。

　　正在国外访问的中共中央总书记、国家主席、中央军委主席胡锦涛发来贺电，祝贺我国首次空间交会对接任务圆满成功。

　　吴邦国、温家宝、李长春、习近平、李克强、贺国强、周永康等领导同志在北京航天飞行控制中心观看天宫一号和神舟八号交会对接实况。

　　“天神之吻”

　　逾越了五道难关

　　“交会对接，是我国航天史上迄今为止难度最大的一次飞行任务。”作为载人航天工程空间实验室系统和飞船系统两个系统的总设计师，张柏楠因博学和技术扎实被业内人士称为“难不倒”。然而这一次，“难”成了他接受采访口中出现频率最高的词汇。

　　如何交会，如何对接，难在哪里？张柏楠将实现交会对接的过程总结归纳为“过五关”，并向新华社记者独家披露了如何逾越这五道关。

　　瞄准 点火误差不能超过正负1秒

　　以往飞船发射，可以在几十分钟甚至更宽的时间范围内择机点火，而神舟八号飞船发射点火的时间被限定在正负1秒的范围内。

　　要想瞄准天宫一号，就得将交会对接的那一刻倒推回来，推算出神八起飞时间。11月1日零时，北京飞控中心和飞船试验队根据天宫一号最新位置数据，计算出神舟八号发射窗口和发射诸元。

　　发射进入倒计时15分钟时，综合考量发射场风速、火箭起飞重量等数据的最终点火时间才被确定为5时58分07秒。而根据天文台授时的自动点火系统，准时点火。

　　点火瞄准时多差1秒，飞船到了太空和天宫的轨道面都会产生极大的偏差，轻则消耗大量燃料降低航天器寿命，重则会因燃料不足而无法交会。前苏联1968年的一次交会对接，两飞行器相距仅30厘米时却因燃料耗尽而失败。

　　除了点火时间的精确，火箭飞行精度也要提高。这次使用的长征二号F遥八火箭，飞行时通过实时迭代计算不断修正轨道，创造了我国火箭入轨精度的最新纪录。

　　严苛的发射窗口和史上飞得最准的火箭，让神舟八号打出了“十环”的好成绩。“瞄准关”一举突破。

　　追赶 两天内追上10000公里

　　按生活常识去思考，无论距离多远，加大速度去追就是，又有何难？然而，在太空中，飞船追赶天宫的最优方案不是加速，却是不断减速。

　　在轨道周期不变的情况下，轨道越低的飞行器飞得越快。正是基于这样的物理原理，飞船追赶天宫的过程，是一个边抬高轨道边降速的过程。

　　飞船入轨时，与天宫一号还有约1万公里的距离，而且两者轨道不在同一平面。为此，北京飞控中心早在2007年7月开始研发中国新一代飞控软件，经数年攻关于2009年初启用。这套拥有1100多万行代码的庞大软件系统，能够对高度关联的多目标同时测控，确保飞船和天宫一号协调配合进行每个动作。

　　与此同时，原本测控覆盖率仅有17%的航天测控网，也因中继卫星和测控站点的增加，将覆盖率提升到70%。

　　通过高水平的轨道设计和严密计算，5次轨道控制后，飞船速度降至与天宫一致时，飞船也恰好到达天宫一号的同一高度和同一位置：10000公里的距离只剩咫尺。

　　防撞 历史上这个过程出事最多

　　美俄两国早期的交会对接试验，碰撞事故层出不穷。就在1997年，俄罗斯的进步飞船与和平号空间站还发生相撞，使空间站上的光谱号舱被迫关闭。这次碰撞也加速了和平号空间站失效坠毁的进程。

　　神舟八号飞船在地面引导控制下到达天宫一号后下方52公里处时，二者建立直接通信联系，飞船通过自身的计算机自主控制继续接近天宫一号，并在5公里、400米、140米、30米设立4个停泊点。

　　当飞船历尽艰难来到天宫一号身边，相撞成了最危险的事。飞船专门加装了4台反推发动机，提供紧急避让的动力。

　　因此，4个停泊点就像是轮船入港前的锚地，是重要的可靠性备份措施。走一段停一停，一方面可以避免走得太快发生碰撞，另一方面也提供了处置突发故障的时间。

　　精控 好比在浩瀚太空穿针眼

　　在343公里高的轨道上高速飞行的航天器，即使用航天测控站的光学望远镜，也难以清晰观测到。

　　要想在这样的条件下，让两个8吨多的庞然大物，对接机构挨近时误差在18厘米之内，姿态小于5度，这就好比是让飞船拿着一根线，穿到天宫一号拿的那根绣花针的针眼里去。这，需要神舟八号飞船上诸多新增设备的紧密配合。

　　飞船新增的8台平移发动机遍布周身，提供了各个角度和方向的推力。而最关键的，首先是航天器相对位置测量数据的精确，发动机提供的推力才能精确。

　　从相距52公里到实现交会对接，作用距离较远的微波雷达率先工作，进入20公里后精度较高的激光雷达开始工作，进入100米时更加精确的CCD光学敏感器开始介入。这3台技术方案和性能指标均达国际领先水平的交会对接测量设备，完全由我国自主研制，如果对接成功，将验证我国同时掌握3种世界领先的太空测量技术。

　　由于在地面无法完全模拟太空中的阳光强度，为避免强阳光对测量设备的干扰，首次交会对接计划在地球阴影区进行。如果进展顺利，组合体飞行12天后，第二次试验则会选择在光照区进行，充分验证测量设备的抗干扰能力。

　　分离 关系未来航天员生命安全

　　两个航天器的速度、位置、姿态、偏差等11个参数满足对接条件后，神舟八号在惯性作用下继续前进，与天宫一号轻轻相触。当感应装置感受到接触，飞船尾部4台发动机随即点火，“捕获”后旋即关机，紧接着，缓冲、校正、拉近、拉紧、锁死等一系列动作就会相继展开，上千个齿轮和轴承同步动作，飞船和天宫用大约15分钟的时间组成了刚性连接的组合体。

　　神舟八号和天宫一号的对接机构是迄今为止中国最复杂的空间机构，有数百个轴承齿轮和上万个零部件。

　　两个航天器形成组合体运行结束飞船准备返回时，分离，也是一个重要关口。如果分不开，航天员就无法返回地球，后果是灾难性的。

　　对接时锁得太紧，分离时就必然更加困难。对接机构上的12把结构锁，每个锁的拉力都是数吨级。为保分离采取了4重备份。飞船锁钩自动解锁失效，则由天宫锁钩解锁，如果仍然不行，则先用火工品炸断飞船锁钩，仍然无效，最后的选择就是把天宫的锁钩炸毁，万一发展到这一步，天宫的对接机构永远失效，将无法迎接下一艘飞船。

　　锁紧机构依次解开后，两个对称的弹簧提供了初始推力，飞船离天宫慢慢变远，直至撤至安全距离，飞船发动机点火，加速离开。

　　新华社

　　2日17时05分，实施第五次变轨

　　神舟八号飞船在飞行第24圈时成功实施第5次远距离导引段变轨，调整到处于天宫一号后下方约52公里处。北京航天飞行控制中心科研人员对飞船运行轨道进行了精确组合修正，使其进入距地面高度约330公里的近圆轨道，与天宫一号处在相同轨道面的交会对接点上。

　　神舟八号自11月1日发射入轨以来，分别在第5圈、13圈、16圈、19圈实施了4次变轨控制。北京航天飞行控制中心主任陈宏敏介绍说，远距离导引段变轨控制，是实施交会对接任务的关键步骤之一。

　　2日23时08分，转入自主控制

　　随后，神八飞船和天宫一号建立起了稳定的空空通信，飞船开始自主控制，进入自主控制段。中国首次空间交会对接进入正式实施阶段。

　　根据飞行方案，神八自主导航飞行过程约144分钟，其后，与天宫一号在同一时刻以同样的速度到达同一个地点顺利交会，两个飞行器参数满足对接的初始条件后，飞行器就将停止控制，让它们根据惯性进行碰撞，完成对接。

　　神八和天宫一号从5公里处到140米停泊点这一飞行阶段，飞行时间约一个小时。其间，地面始终要对相对导航、两目标姿态、对接机构状态等进行密切监视。从140米停泊点到对接机构接触这一飞行阶段，飞行时间约10分钟左右。神八飞船在140米停泊点停泊时，地面对飞船CCD相机和对接机构准备情况进行了确认。随后，神八飞船自主进入30米停泊点。

　　3日凌晨，两航天器完成刚性连接

　　凌晨1时31分，神八飞船离开30米停泊点。此时，飞船开始以0.2米每秒的相对速度向天宫一号靠拢。

　　1时35分，神八对接机构上3把捕获锁与天宫一号对接机构上3个卡板器咬合。对接机构完成捕获。飞船发动机关机。此时，二者完成的是柔性连接，连接后仍能相互移动。接着，神八飞船对接机构的机械缓冲系统开始缓冲和校正，储存和消耗能量，校正对接换姿态，使两个飞行器处于水平位置。随后，神舟八号对接机构的对接换环收回，拉近两航天器，两对接机构前端框面互相贴合。1时37分，神舟八号对接锁的主动钩启动，与天宫一号被动钩锁紧，完成两航天器的刚性连接。

　　按计划，组合体飞行第12天，神八和天宫一号的对接机构将解锁，飞船撤离至距天宫一号5公里的安全距离以外。此后，将在14日择机进行第二次对接试验。新华社

　　专家详解

　　对接为何要实施5次变轨？

　　我国载人航天工程测控通信系统上升段主任设计师卢立常解释说，神舟八号飞船发射升空后，之所以要实施远距离导引，其目的就是为了以合理的位置和速度来与天宫一号实施交会对接。在这一导引过程中，通过不断调整，让神八飞船与天宫一号目标飞行器处于相同的轨道面，达到同心共圆的目的，然后才能使其以相对合理的速度保证交会对接的正常进行。

　　“有一点需要指出的是，调整到合理的位置后，在实施交会对接时，一定要保证使其处于一个相对可测控时间较长的弧段来进行。”卢立常说，“正是综合考虑到这些因素和要求，我们设计了对神八飞船5次变轨的方案。第一次变轨是第5圈的远地点变轨以抬升近地点高度，之后是第13圈调整轨道倾角，第16圈近地点变轨抬高远地点，第19圈变轨是为进一步圆化轨道，第24圈变轨是将前几次的误差进行一次综合修正。通过这5次轨道控制，最终使飞船满足与天宫一号进行对接的各项要求。至此，就完成了地面导引阶段，最后在智利圣地亚哥站上空切换到神八的自主导引阶段。”

　　对接过程为何设4停泊点？

　　参与完成了这次交会对接任务的测控通信系统总体设计方案的青年航天测控专家王瑞军说：“之所以设置这4个停泊点，其目的就是为了降低风险。每一个停泊点的设置都为判断两个飞行器的运行状况留出了时间，只有一切正常才往下一步走，可以最大限度地降低风险。”

　　“因为我们是第一次实施，所以非常谨慎，像俄罗斯现在就没有这样复杂的过程。美国在对接时也有停泊的过程，但不像我们有这样多的环节。”王瑞军说。

　　“在这4个停泊点中，5公里是最重要的一个，这是一个相对安全的距离。再一个是最后30米的这个停泊点，也很关键，就像踢足球的临门一脚。通过多个发动机同时工作，硬把两个飞行器拉过来，接合到一起，这个点应该说是技术含量最高的。”王瑞军说。

　　王瑞军介绍说，在对接之前的一段时间里，两个飞行器都处于失控状态，锁紧之后，天宫一号要启动控制程序，消除之前运行偏差，保持飞行姿态，同时停止一些设备的运行。

　　新华社