“神八”“天宮”對接,上演法式長吻_天宮一號對接

　　2011年9月29日，中國首個目標(biāo)飛行器“天宮一號”發(fā)射升空。11月1日凌晨5時58分，長征二號F火箭帶著“神舟八號”順利升空�；鸺�飛過我國陸上的多個測控站，直到飛船與火箭完全分離。目前，“神舟八號”已經(jīng)開始自主飛行，太陽能帆板順利展開，“神舟八號”已正常入軌。此次“神州八號”上還帶有兩個模擬假人，能夠?qū)崟r檢測艙內(nèi)環(huán)境是否適合航天員生存。在未來的幾天內(nèi)，“神州八號”將怎樣完成與“天宮一號”的交會對接？這一系列艱巨的任務(wù)背后，航天技術(shù)世界又會迎來怎樣的革新與狂歡？
　　
　　關(guān)鍵詞“神舟”飛船
　　
　　我國載人航天工程共分三期任務(wù)。第一期是“神一”至“神六”階段，完成“把人送上去”；從“神七”開始，進(jìn)入第二期任務(wù)。第二期任務(wù)又分三步：第一步是實(shí)現(xiàn)航天員出艙活動；第二步是完成交會對接；第三步是建立短期有人照料、長期自主飛行的空間實(shí)驗(yàn)室。第三期則是建立長期有人照料、短期自主飛行的空間站，時間安排在2020年左右。
　　
　　到目前為止，中國航天共發(fā)射八艘神舟系列飛船，其中五、六、七號為載人飛船。此次發(fā)射的“神舟八號”，主要任務(wù)是在太空中與“天宮一號”目標(biāo)飛行器完成兩次對接任務(wù)，并返回地球―如果“神八”順利完成任務(wù)，中國將成為繼美俄之后第三個掌握太空對接的國家。
　　
　　“神舟”飛船是中國自行研制的達(dá)到或優(yōu)于國際第三代載人飛船技術(shù)的飛船，飛船由推進(jìn)艙、軌道艙、返回艙和附加段四大部分構(gòu)成，有13個分系統(tǒng)，總長約9米，重量8噸左右。附加段位于飛船的最前端，具體作用目前還沒有對外界公布，普遍猜測為通訊設(shè)備。附加段之后是軌道艙，軌道艙是宇航員的生活、實(shí)驗(yàn)以及儲存艙。和別的國家飛船系統(tǒng)不同的是，“神舟”飛船的軌道艙帶有動力系統(tǒng)，在和飛船其余部分分離后，仍然可以在軌道工作半年以上。返回艙位于中段，鐘形，直徑2.5米，空間約6立方米。航天員在火箭升空和返回地面時就在返回艙內(nèi)，返回艙底部的熱盾能夠抵御高溫。推進(jìn)艙位于飛船末端，圓筒狀，裝有4臺主發(fā)動機(jī)和姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)，兩側(cè)有20多平方米的太陽能電池陣。主要用于飛船的姿態(tài)控制、變軌和制動、向飛船提供電力等。
　　
　　“神舟八號”飛船與之前的“神舟”飛船系列有所不同，它的最前端為對接裝置，用于完成和“天宮一號”的對接。為了準(zhǔn)確對接，“神八”裝有微波雷達(dá)、激光測距儀等跟蹤測量系統(tǒng)，用于對“天宮一號”進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤、接近和對準(zhǔn)。此外，“神八”還增加了兩類設(shè)備：一種是圖像記錄設(shè)備，將把這次交會對接過程記錄下來；另一種是力學(xué)參數(shù)測量設(shè)備，將把這次飛船飛行過程中的各種力學(xué)參數(shù)記錄下來。
　　
　　關(guān)鍵詞對接
　　
　　“神八”飛船和“天宮一號”的首次對接時間預(yù)計在11月3日凌晨1-3時。此次，“神八”要在太空飛行中進(jìn)行5次變軌，第一次變軌在11月1日中午1時左右完成，花費(fèi)時間40多秒。5次變軌后，“神八”將進(jìn)入“天宮一號”的飛行軌道�！疤鞂m一號”原本是在距離地面350公里的軌道上飛行，此時也已經(jīng)下降到離地345公里高的軌道上，“耐心”等待“神八”。為迎接“神八”，“天宮一號”早已提前準(zhǔn)備�！疤鞂m一號”的交會對接機(jī)構(gòu)安裝在頭部，在之前的飛行中，它的頭部向前。10月31日，在地面測試人員的監(jiān)控下，“天宮一號”華麗轉(zhuǎn)身，足足翻轉(zhuǎn)了180度，正面迎接“神八”追來。
　　
　　交會對接的飛行過程，分為遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段、自主控制段、對接段、組合體飛行段和分離撤離段。
　　
　　遠(yuǎn)距離導(dǎo)引從“神八”入軌后開始。在地面測控通信系統(tǒng)的導(dǎo)引下，“神八”進(jìn)入軌道后，將在與“天宮一號”共面的330公里近圓軌道中，接近對接目標(biāo)。其實(shí)，“神八”在距離“天宮一號”100多公里時，就會通過微波雷達(dá)發(fā)現(xiàn)“天宮一號”。但只有當(dāng)兩者距離縮短到52公里左右的時候，地面工作人員才會將控制權(quán)交給“神八”，讓其自主導(dǎo)航。當(dāng)“神八”與“天宮一號”之間距離達(dá)到20公里的時候，激光雷達(dá)會發(fā)揮作用，準(zhǔn)備對接�！吧癜恕焙汀疤鞂m一號”在到達(dá)預(yù)定軌道后的飛行速度均是7.9千米/秒左右�！吧癜恕痹谧分稹疤鞂m一號”的過程中，將“剎車”四次，越來越慢地一步一步靠近“天宮一號”。最后，它將以0.2米/秒的相對速度擁抱“天宮一號”。自主控制段約需兩個半小時，要經(jīng)歷尋找目標(biāo)、接近、平移靠攏這3個階段。對接段從對接機(jī)構(gòu)接觸開始，將在15分鐘內(nèi)完成捕獲、緩沖、拉近和鎖緊4個過程，最終實(shí)現(xiàn)兩航天器剛性連接，形成組合體。
　　
　　兩者對接之后的組合體，由“天宮一號”負(fù)責(zé)飛行控制，“神八”處于�？繝顟B(tài)。據(jù)介紹，“神八”和“天宮一號”必須先交會，再對接。交會是讓兩個航天器在同一時間到達(dá)同一地點(diǎn)。對接則是通過專門的對接機(jī)構(gòu)將兩個航天器連成一個整體。
　　
　　組合體飛行12天左右后分離。分離過程為對接機(jī)構(gòu)解鎖，兩飛行器分離，“神八”撤離至相距“天宮一號”140米處停泊。接著按程序進(jìn)行第二次交會對接，再次構(gòu)成組合體。第二次對接將在11月中旬進(jìn)行。第二次對接后，組合體繼續(xù)飛行兩天，進(jìn)入分離撤離段。兩部飛行器再次分離，“神八”將撤離至距“天宮一號”5公里以外的安全距離外，交會對接試驗(yàn)正式結(jié)束。最后，“神八”返回艙回到地面。“天宮一號”則變軌至自主飛行軌道，轉(zhuǎn)入長期運(yùn)行。
　　
　　為何要進(jìn)行兩次對接？專家說：“多對接一次，等于多做一次實(shí)驗(yàn)。積累更多經(jīng)驗(yàn)，有利于技術(shù)的成熟。”
　　
　　關(guān)鍵詞零窗口
　　
　　航天器的發(fā)射需要選擇相應(yīng)的發(fā)射時機(jī)，允許航天器發(fā)射的時間范圍稱為發(fā)射窗口。目前我國航天發(fā)射采用的是共面發(fā)射技術(shù)，也就是當(dāng)?shù)厍蜣D(zhuǎn)到合適的位置、且目標(biāo)飛行器的飛行平面經(jīng)過發(fā)射臺位置時，追蹤飛行器。
　　
　　和“天宮一號”的發(fā)射相比，“神八”的發(fā)射時間節(jié)點(diǎn)要求更高。“天宮一號”的發(fā)射窗口寬度是15分鐘，即在這確定的15分鐘內(nèi)發(fā)射都可以；“神八”則要求必須“零窗口”發(fā)射，即在預(yù)定時間分秒不差地發(fā)射―如果相差一秒，“神八”和“天宮一號”在天際追逐時就可能遠(yuǎn)隔7.9公里。
　　
　　“神八”發(fā)射前4小時，地面控制系統(tǒng)將根據(jù)軌道周期、軌道高度、軌道傾角、近地點(diǎn)幅角、升交點(diǎn)赤精、扁心率共6個參數(shù)來確定“天宮一號”的情況，之后將數(shù)據(jù)傳輸至發(fā)射場，發(fā)射場根據(jù)這些數(shù)據(jù)確定交會對接時間。這一時間確定后，其他時間節(jié)點(diǎn)依次倒推，最后才會得出“神八”發(fā)射的精確時間。
　　
　　關(guān)鍵詞生命變異
　　
　　“神八”飛行期間，中德兩國將利用裝載在飛船上的通用生物培養(yǎng)裝置，合作開展生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)。此項合作是我國載人航天工程首次在空間科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域開展的國際合作�？臻g實(shí)驗(yàn)共17項，其中中方10項、德方6項、聯(lián)合實(shí)驗(yàn)1項。
　　
　　目前，國內(nèi)已建起不少航天育種基地。如福建漳州的一個太空南瓜，可以長到120多斤；紅辣椒畝產(chǎn)最高竟達(dá)5000公斤！之前發(fā)射的“神舟”系列飛船，也曾搭載過各式各樣的農(nóng)作物如苗木、土豆和空心菜等，返回地面后再種植，但大部分長出來的形態(tài)、產(chǎn)量還和原來一模一樣。專家總結(jié)，能上太空的必須是沒有發(fā)芽的胚胎，胚胎在太空失重狀態(tài)下受到高能輻射后，才能發(fā)生基因變異。這次上天的包括玉米、蘿卜等種子，還有一種類似于蟲草的鐵皮食斛。
　　
　　關(guān)鍵詞如何眺望“神八”？
　　
　　“神八”繞地球一圈時間為90分鐘，這就意味著，每24個小時里，“神八”將在地球上方350公里的高度掠過16次。從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空后，長征二號F火箭載著神舟飛船向東南方向飛去，掠過中部廣大地區(qū)和廣東省后，會沿太平洋-南美洲-大西洋-好望角-亞洲這一軌道，和赤道保持42度夾角飛行。
　　
　　在火箭升空和“神八”返回階段，方圓百公里的群眾能憑肉眼看到它們。但由于飛船本身不發(fā)光，只有在被太陽照亮、同時地面較暗的情況下，大家才能看到。所以從觀測時間上來說，眺望“神八”的最好兩個時間段為：黎明，天亮前1-2個小時；黃昏，太陽下山后1-2個小時。
　　
　　要想清楚準(zhǔn)確地看到英武的“神八”，最好求助于專業(yè)的天文臺。天文臺會根據(jù)飛行速度、軌道等數(shù)據(jù)計算出“神八”的過頂時間，讓大家都能一睹繞頂“神八”的風(fēng)采。

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