“天宫”运行冒三大风险

2011年09月30日 05:34
来源：京华时报

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在四大名著《西游记》中，有一出家喻户晓的故事：美猴王孙悟空“大闹天宫”，吓坏了玉皇大帝和王母娘娘。我国古代神话故事中的天宫，正是神仙们在天上居住的宫殿。

遥望浩瀚星空的古代人也许不会想到，千百年后的今天，我们即将建造自己的“太空宫殿”，迎接航天员入住。它凝聚了我国几代航天人的心血与梦想。

太空宫殿雏形是什么？我们为您详解“天宫一号”。

天宫一号什么模样？

“小胖子”肚内建造小公寓

2009年春晚，“天宫一号”模型登上舞台，正式亮相。它挺着圆鼓鼓的肚子，张开两片“翅膀”，憨态可掬。

这个“大肚子”，就是“天宫一号”的圆柱形实验舱，是将来航天员活动的地方。两片像鸟儿一样伸展的“翅膀”，便是太阳能帆板，能利用太阳光发电，给“天宫”补充能量。

“天宫一号”是在神舟号飞船基础上改装而成。外形上，“天宫一号”比神舟七号飞船腰围粗了一大圈，是个不折不扣的“小胖子”。它是我国当前体积最大、重量最重的航天器，最大直径比“神七”多出近1米，能为航天员提供一个更宽裕的空间。

组成上，与三舱段的“神七”不同，“天宫”由实验舱和资源舱两部分组成。实验舱是密封舱，可保证舱压、温湿度、气体成分等航天员生存的基本条件，还精心打造了一个15立方米的“小公寓”。资源舱则为航天器提供能源和动力。

中国空间技术研究院载人航天总体部科技委委员杨宏介绍，同为载人航天器，“天宫一号”在载人的可靠性、安全性上，与神舟系列飞船具有相同要求，但载人飞船是运输工具，送航天员在天地间往来，“天宫”则在近地轨道上长期运行，直至最后完成使命才坠落地球。

天宫一号有何任务？

与神八“接吻”迎接航天员

中国载人航天工程副总指挥牛红光介绍，天宫一号飞行的主要任务，是为实施航天器空间交会对接飞行试验、突破和掌握航天器交会对接技术，提供交会对接目标。在两年时间内，“天宫一号”将先后与神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船交会对接，迎接航天员短期驻留。

“天宫一号”是目标飞行器，即自身装有被动对接机构，在太空中等待飞船到来，“追上、靠近、贴拢”，实现合二为一。因此实验舱前段用于交会对接的机构，及相应的测量设备，是“天宫”身上最关键的部分，待“神八”上天，它们就将“接吻”。

除此之外，“天宫一号”还肩负组合体的控制和管理任务。据杨宏介绍，此次交会对接任务中，“天宫”与“神八”连成一体后，将合成一个飞行器，届时“神八”便成了跟在“天宫”后头的小弟弟，听“天宫”统一发号施令。

交会对接是世界公认的技术难题，又是建造空间站的必备技术，是必须逾越的关卡。“天宫一号”在两年时间内分别完成与三艘飞船的交会对接，为我国将来建造空间站铺路。

飞天的意义是什么？

为真正的空间实验室探路

“天宫一号”被称为我国空间实验室的雏形，它其实是一个简易的空间实验室。

空间实验室的建立，是为让航天员在太空中做科学实验，通常首先发射一个无人实验室，再发射载人飞船，将航天员送入太空，飞船与停留在轨道上的实验室交会对接后，航天员沿连接通道进入实验室，开展工作。等任务完成，飞船脱离实验室，载航天员回地面。

据我国载人航天工程规划，将在2011年至2015年间先后发射“天宫”三姐妹。“天宫一号”作为先行者，为后续发射的“天宫二号”与“天宫三号”探路，后两者将是我国真正意义上的空间实验室。

杨宏介绍，“天宫一号”此次主要开展空间技术实验，同时相应开展空间科学实验。

杨宏介绍，自“神舟一号”至今，已安排100多项实验，均在几百家科研机构中选出，能在交会对接过程中进行实验是非常难得的机会，在资源、功耗各方面限制非常苛刻的条件下，为开展国内领先水平的空间科学实验，付出了巨大努力。

除进一步掌握空间交会对接技术外，后续空间实验室还将试验飞行器长期在轨自主飞行、载人环境、物品补给等关键技术。

天宫一号未来如何？

两年后退役坠入指定海域

前段时间，美国“卫星失控撞地球”一事备受关注，引发人们对太空垃圾威胁地球的担忧。“天宫一号”结束服役后将何去何从？在前天召开的发布会上，载人航天工程新闻发言人武平首次透露，“天宫一号”服役期满，将坠入指定海域。

“天宫一号”将在约350公里高空，以每秒7.91公里的速度飞行，达到光速的23倍。(凤凰网编者注：此处有误，目前尚无超光速的物质存在。)此前的神舟系列飞船，在太空停留时间均以“天”为单位计算，而“天宫”将绕地球转两年，是我国迄今为止寿命最长的低轨道飞行器。

但与国际空间站长达十余年的使用寿命相比，“天宫一号”的生命就显得短暂。为何不让“天宫”再飞久一些？《国际太空》杂志执行主编庞之浩解释说，“天宫”按空间实验室雏形的标准设计，肩负的交会对接试验任务能在两年内完成，无需延长寿命，以免徒增成本。

杨宏介绍，已设计好离轨控制措施，在“天宫一号”寿命末期，将发出相关指令，让其离开目标轨道，坠落地球，“不会留下太空垃圾，也不会对地面造成影响”。

太空飞行面临哪些危险？

在我国，从没有一个飞行器在天上待那么久。从无处不在的太空垃圾，到随时降临的太阳风暴，各种大考小考，它都将一一面对。在太空飞行的每一天，科技人员都会进行碰撞概率的计算，看看那些散落在太空的“不速之客”，会不会产生威胁。

1遭遇空间碎片概率大

据统计，直径大于1厘米的空间碎片数量已超11万个，小到人造卫星碎片、漆片、粉尘，大到整个火箭发动机。在几千米每秒甚至几十千米每秒的相对速度下，即使与几毫米长的碎片轻微碰撞，也可能对“天宫一号”造成致命打击。

“威胁肯定存在，而且要比我们以往的神六、神七面临得更大！”中国科学院空间中心研究员都亨认为，“天宫一号”体积和重量均大于神舟号飞船，且在轨运行两年，被撞击的概率更高。

“天宫”与“神八”肩负交会对接任务。一旦遇碎片，或“天宫”或“神舟”都需改变原轨道躲避，可能直接导致对接任务无法完成。

都亨表示，如果可以详细且完整地知道每一个空间碎片的轨道数据，那么通过调整轨道躲避撞击就很容易。“但难就难在，目前我们还没有自己的数据来支持。”

>>应对

穿“防护甲”严阵以待

为防止这些“不速之客”的伤害，“天宫一号”穿上2至3毫米厚的金属外衣，舱体上设计了特殊的防护装置，并携带防护板，可遮挡微小碎片的撞击，较小的太空垃圾几乎不会对它造成影响。

“天宫一号”在太空中飞行的每一天，中国空间技术研究院的科技人员都将进行碰撞概率的计算，以提前应对。航天五院的工作者还为“天宫一号”制定了专门的预警机制，用黄、橙、红代表不同的预警等级，红色代表有可能撞击到“天宫一号”的碎片，是最高级别的危险。

经初步计算结果表明，两年的在轨运行过程中，“天宫”不会遇到危险“访客”。一旦真有危险，或遇到体积较大的“家伙”，技术人员会在地面向“天宫一号”发出指令，提前启动预警机制，改变飞行轨道和速度以避开危险物，再回到预定的轨道继续飞行。

工作人员还在地面进行了零压力应急试验，当“天宫”舱体出现5毫米漏孔时，采取的措施能维持舱压不小于70千帕、并保持80分钟，这样才能为航天员赢得充足的逃生时间。

2近两年太阳频繁“打喷嚏”

除空间碎片外，太阳风暴也是潜在威胁之一。太阳因能量增加会向空间释放出大量带电粒子流，形成的高速粒子流，就是“太阳风暴”，被科学家形象地比喻为“太阳打喷嚏”。

据介绍，高层大气受太阳风暴的影响，密度会发生剧烈变化，对航天器造成影响。2003年10月，由太阳耀斑爆发引发的一系列强烈太阳风暴，就曾使多国的航天器受到干扰。

交会对接任务对精确定轨的要求非常高，而这两年正是太阳活动的高峰年。研制人员预计，“天宫一号”难逃此劫，受其影响，其轨道的衰减速度将加快，进而影响“神八”之后的交会对接。

>>应对

太阳射电望远镜显身手

今年8月通过验收的山东石岛太阳射电望远镜，及2008年已建成的第一个太阳光球色球望远镜，将预报可能对飞行器造成影响的太阳风暴。

太阳射电望远镜每天日出开始工作，日落收工，实时监测，国家空间天气监测预警中心随时调取数据信息；太阳光球色球望远镜则在工作时间内，每分钟产生一张照片，于当天下午发送到国家空间天气监测预警中心。

同时，相关科研人员还通过有效的设计，适时利用地面控制系统，启动“天宫一号”上的推进器将其往高处托举，以维持在要求的轨道高度。

3如果自身设备出现故障

“天宫一号”里有500余台大小设备，对在轨运行和正常工作都十分关键。在长达两年的时间里，这些设备在太空中一旦出现故障该怎么办？

>>应对

几百预案保证正常运转

中国空间技术研究院载人航天总体部型号主管设计师李兴乾表示，设计时已作充分的地面试验，有的设备试验次数达万次以上。此外，还针对各种可能出现的故障提前制定了几百项预案，各级、各层面都做了备份，保证“天宫一号”各部件的正常运转。

在一些关键设备的控制上还设计了“双保险”，比如无人期间设备自动控制，有人时还可以让航天员参与进行人工控制。

李兴乾表示，“天宫一号”的舱体密封性很高，保证所携带资源的泄漏微乎其微，发射时也会带足气源进行泄漏补偿，不会影响航天员的正常使用。

幕后

体检严格天宫遭罪

奔赴太空前，“天宫一号”要经过严格“体检”，以确保能适应太空环境。

在中国空间技术研究院高大的厂房内，工作人员模仿“天宫”从发射升空到太空飞行的各种环境，通过振动试验、噪声试验、真空热试验、泄复压试验等，逐一检查“天宫”的身体，分析与排查各种“病症”。

交会对接是此次任务的重头戏，为测试对接时太空通信能否保持通畅，工作人员甚至请来大飞机帮忙，在地面进行多次对接试验。他们分别坐上两架飞机，相距一定距离飞行，一边模拟交会对接过程，一边测试通信系统能否有效发送并接收信号。

“天宫一号”还被五花大绑在振动台上“跳舞”，这是为测试它能否适应火箭起飞时产生的巨大振动，以及过载产生的影响，所做的振动试验和热力学试验。在振动台上，“天宫一号”被死死固定住，浑身接满数百条导线，一次次左右上下“跳舞”，工作人员在旁观测输出的各项数据，检测振动对各种设备产生的影响。

在太空飞行，阳光也会起起落落，时冷时热。为模仿这一环境，“天宫一号”被装进特制的大罐内，里边抽成真空状态，时而加热，时而冷却，创造“恶劣”的环境，考验“天宫一号”在极端温度条件下的适应能力。

在地面进行的所有严厉的考试中，“天宫一号”遭了不少罪，这正是为了此时此刻，它能在太空承受更为严峻的考验。

历程

1986年3月

中国著名科学家王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允联合提出《关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议》，经论证、批准后成为《高技术研究发展计划纲要》，代号为“863计划”。10月，中央拨专款100亿元实施计划，其中40亿用在航天领域。

1992年9月21日

载人航天工程批准上马，确定三步走发展战略。

1999年11月20日

“神舟一号”发射，载人航天工程进行第一次飞行试验。2001年1月10日

“神舟二号”升空，是我国第一艘正样无人飞船。

2002年12月30日

“神舟四号”升空，全面验证飞船系统。

2003年10月15日

“神舟五号”成功实施首次载人航天飞行。

2008年9月25日

“神舟七号”实现首次出舱。

2011年9月29日

“天宫一号”飞天，将重点突破空间飞行器交会对接技术，为建立空间实验室做准备。

档案

飞天“三步走”

1992年，我国确定载人航天工程三步走发展战略。第一步为发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，神一至神六已完成。

第二步要突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术，并利用载人飞船技术改装、发射一个空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题。

第三步是建造空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

今年完成首次交会对接后，后续任务是到2012年底前，完成无人和载人空间交会对接试验；到2016年前，研制并发射空间实验室，突破和掌握空间站关键技术，开展一定规模的空间应用；2020年前后，研制并发射核心舱和实验舱，在轨组装成本体质量60吨级载人空间站，突破和掌握载人空间站建造和运营技术、长期载人飞行技术，并开展较大规模的空间应用。

科研

科学实验惠及百姓生活

太空拥有地球上所不具备的独特环境，如微重力、超高真空、高热和深冷、强辐射等，是一块尚待开发的宝藏。

航天器可装载的科学试验仪器，进行空间对地观测和各种科学实验，有的研究成果与人类生活息息相关，已广泛用于医药发展、食品保健、疑难病症防治等领域；有的则与我们生活的环境紧密相连，可预知地球上的自然现象、探索发展规律。

据载人航天工程空间应用系统副总设计师张善从介绍，此次在“天宫一号”上安排了地级环境监测、空间材料科学、空间环境探测三方面的空间科学实验。

“天宫一号在地球环境监测方面安排了一个高光谱相机，这项空间科学实验将给百姓生活带来积极影响。”张善从说，光谱成像仪对于资源勘探、环境监测以及解决百姓关心的食品安全问题都能发挥作用。“如大气中空气污染的情况、农作物中重金属的含量、国家的油气资源等，都可通过光谱进行探测，在民用领域有较大应用。”

在空间材料实验中，“天宫”将应用太空无重力环境，研究“21世纪可能带来信息技术革命的新材料”复合胶体晶体；空间环境监测实验则将为其本身的安全、精确定位等提供基础数据。

数说

10.4米

天宫一号全长10.4米，最大直径为3.35米

8.5吨

天宫一号起飞重量为8.5吨。

2年

天宫一号设计在轨寿命为2年，运行高度约为350公里。

15立方米

实验舱有效活动空间约15立方米，可满足3名航天员在舱内工作和生活需要。

6个

6个百斤重的控制力矩陀螺精确安装在资源舱内，当“天宫一号”寻找对接目标时，正是这些“大个陀螺”，对“天宫”进行精确的姿态控制。

300面

“天宫一号”携300面国际宇航联合会会旗升空，并将由执行我国首次载人交会对接任务的中国航天员带回地面。这300面会旗曾在去年底通过俄罗斯联盟号载人飞船送至国际空间站，由美国奋进号航天飞机于今年6月带回地面，现在接力棒传到“天宫一号”的手上。

资源舱

内有发动机、电源装置等，为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。外部安置太阳翼，用于提供轨道与姿态控制、电力能源供应、热控环控。

实验舱

实验舱由密封的前锥段、柱段和后锥段组成，密封舱可保证舱压、温湿度、气体成分等航天员生存条件，可用于航天员驻留期间在轨工作和生活，密封的后锥段安装再生生保等设备。

交会对接机构

实验舱前端安装被动对接机构及交会对接测量合作目标，与飞船对接后，可形成直径0.8米的转移通道。

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