精彩紛呈的中國(guó)首次空間交會(huì)對(duì)接

□□由于進(jìn)行了充分的技術(shù)準(zhǔn)備工作，并制定了科學(xué)的交會(huì)對(duì)接方案，以及各系統(tǒng)精確無誤的操作實(shí)施，天宮-1與神舟-8在2011年11月1-3日實(shí)施的首次空間交會(huì)對(duì)接過程十分完美，一次對(duì)接成功。我國(guó)首次空間交會(huì)對(duì)接分為遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段、自主控制段、對(duì)接段、組合體飛行段、再度對(duì)接段和分離撤離段實(shí)施，可以說既步步驚心，又步步放心。

1 遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段

神舟-8于11月1日入軌后，在測(cè)控通信系統(tǒng)的導(dǎo)引下，進(jìn)行了5次變軌。①在飛行第5圈時(shí)，處于遠(yuǎn)望-6測(cè)量船和天鏈-1的02星覆蓋區(qū)，神舟-8近地點(diǎn)抬高到260km；②在飛行第13圈時(shí)，神舟-8接受數(shù)據(jù)指令，調(diào)整軌道傾角，與天宮-1進(jìn)入同一軌道面；③在飛行第16圈時(shí)，處于遠(yuǎn)望-5測(cè)量船和天鏈-1的01星覆蓋區(qū)，神舟-8遠(yuǎn)地點(diǎn)抬高到330km；④在飛行第19圈時(shí)，處于天鏈-1的02星覆蓋區(qū)，神舟-8近地點(diǎn)抬高到330km，進(jìn)一步圓化軌道；⑤在飛行第24圈時(shí)，處于天鏈-1的01星覆蓋區(qū)，神舟-8軌道進(jìn)行組合修正，即將前幾次的誤差進(jìn)行了一次綜合修正。這樣，神舟-8就從初始軌道轉(zhuǎn)移到與天宮-1共面的330km高的近圓軌道。在天宮-1飛行第539圈、神舟-8飛行第28圈時(shí)，神舟-8位于天宮-1后下方約52km處，神舟-8穩(wěn)穩(wěn)地捕獲了天宮-1，與其建立穩(wěn)定的空空通信鏈路，神舟-8轉(zhuǎn)入自主控制段。

神舟-8首次變軌

2 自主控制段

神舟-8自主控制段的3個(gè)階段

神舟-8的自主控制段又細(xì)分為3個(gè)階段，即從與天宮-1相距52km到5km的尋的段；從相距5km到140m的接近段；從相距140m到對(duì)接機(jī)構(gòu)接觸的平移靠攏段。原定設(shè)計(jì)是：尋的段飛行時(shí)間約70min，接近段飛行時(shí)間約62min，平移靠攏段飛行時(shí)間約10min30s。在實(shí)際飛行中，神舟-8經(jīng)過55min的飛行，4次軌道機(jī)動(dòng)，到達(dá)了與天宮-1相距5km的停泊點(diǎn)；繼續(xù)飛行85min后，2個(gè)飛行器對(duì)接機(jī)構(gòu)開始接觸。

11月2日23：08，在神舟-8繞地飛行28圈、天宮-1繞地飛行539圈時(shí)進(jìn)入圣地亞哥測(cè)控站弧段內(nèi)，神舟-8在與天宮-1相距52km處轉(zhuǎn)入自主控制，然后用時(shí)約140min靠攏天宮-1。從相距52km距離到對(duì)接，為了保證每一步準(zhǔn)確對(duì)接，中間設(shè)立了4個(gè)停泊點(diǎn)，即進(jìn)行4次“剎車”，它們分別是5km、400m、140m和30m。

由于空間技術(shù)成熟，俄羅斯現(xiàn)在已經(jīng)沒有這樣復(fù)雜的過程，美國(guó)在對(duì)接時(shí)雖然也有停泊過程，但不像我們有這么多環(huán)節(jié)。中國(guó)航天首次實(shí)施交會(huì)對(duì)接任務(wù)，航天專家們還是希望更加穩(wěn)妥，首先要確保2個(gè)飛行器的安全，所以設(shè)置了4個(gè)停泊點(diǎn)。

·11月3日00：03，在神舟-8飛行第29圈、天宮-1飛行第540圈時(shí)，神舟-8進(jìn)入5km停泊點(diǎn)，停泊4min，地面監(jiān)視判斷它們的狀態(tài)，此時(shí)是在遠(yuǎn)望-5測(cè)量船跟蹤弧段內(nèi)，然后轉(zhuǎn)入接近段。

·11月3日01：03，在神舟-8飛行第30圈、天宮-1飛行第541圈時(shí)，神舟-8進(jìn)入400m停泊點(diǎn)，停泊約2min，地面對(duì)神舟-8對(duì)接機(jī)構(gòu)的推出和準(zhǔn)備情況進(jìn)行確認(rèn)，此時(shí)是在馬林迪海外測(cè)控站和天鏈-1的01星跟蹤弧段內(nèi)。

神舟-8進(jìn)入尋的段示意圖（神舟傳媒/制）

神舟-8進(jìn)入與天宮-1相距5km的停泊點(diǎn)

神舟-8進(jìn)入平移靠攏段時(shí)CCD光學(xué)敏感器介入

·11月3日01：16，在神舟-8飛行第30圈、天宮-1飛行第541圈時(shí)，神舟-8進(jìn)入140m停泊點(diǎn)，停泊約2min30s，地面對(duì)神舟-8對(duì)接機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備情況進(jìn)行確認(rèn)，此時(shí)是在卡拉奇測(cè)控站和天鏈-1的01星跟蹤弧段內(nèi)，然后轉(zhuǎn)入平移靠攏段。

平移靠攏段指的是從140m停泊點(diǎn)到對(duì)接機(jī)構(gòu)接觸這一飛行段。在從140m停泊點(diǎn)到30m停泊點(diǎn)過程中，神舟-8沿直線接近天宮-1，速度約為0.5m/s。

·11月3日01：22，在神舟-8飛行第30圈、天宮-1飛行541圈時(shí)，神舟-8自主進(jìn)入30m停泊點(diǎn)，停泊2min，地面監(jiān)視判斷神舟-8的狀態(tài)，對(duì)對(duì)接準(zhǔn)備情況進(jìn)行最終確認(rèn)，此時(shí)是在天鏈-1的01星和東風(fēng)測(cè)控站跟蹤弧段內(nèi)。

課外閱讀書目，可結(jié)合教材選篇推薦，可選擇與教材內(nèi)容緊密相關(guān)作品，可選擇與作者所處時(shí)代接近作品，可選擇與教材選篇主題相似不同時(shí)代作品。目的在于加深學(xué)生對(duì)教材選文所代表作品的理解，提升學(xué)生閱讀積淀，培養(yǎng)學(xué)生文學(xué)鑒賞能力。在教學(xué)某篇作品前后，推薦相應(yīng)作品。學(xué)習(xí)《再別康橋》，推薦閱讀岳南反映民國(guó)文人心路歷程的《南渡北歸》；學(xué)習(xí)《故都的秋》，推薦閱讀《郁達(dá)夫散文選》《郁達(dá)夫小說選》；學(xué)習(xí)《采薇》前，推薦閱讀祝和軍《大秦帝國(guó)的野蠻成長(zhǎng)》前二卷；學(xué)習(xí)《邊城》前，推薦閱讀體現(xiàn)沈從文愛情觀點(diǎn)的《三三》《媚金、豹子與那羊》等小說。從比較閱讀角度，再推薦閱讀同寫愛情的川端康成的《伊豆的舞女》、張承志的《黑駿馬》。

然后，神舟-8以0.2m/s的速度駛出30m停泊點(diǎn)，與天宮-1對(duì)接機(jī)構(gòu)接觸，平移靠攏段結(jié)束，神舟-8自主控制段也結(jié)束，轉(zhuǎn)入對(duì)接段。

在這4個(gè)停泊點(diǎn)中，5km停泊點(diǎn)最重要。對(duì)于2個(gè)飛行器來說，它是一個(gè)相對(duì)安全的距離。其次是30m停泊點(diǎn)，就像臨門一腳，此時(shí)多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，把2個(gè)飛行器拉過來，接合到一起，所以這個(gè)點(diǎn)應(yīng)該說是技術(shù)含量最高的。140m停泊點(diǎn)也很關(guān)鍵，在此處要測(cè)試對(duì)接機(jī)構(gòu)傳感器，從而確定神舟-8的對(duì)接狀態(tài)是否已經(jīng)到位。

從相距52km直至交會(huì)對(duì)接，作用距離較遠(yuǎn)的微波雷達(dá)率先工作；進(jìn)入20km后，精度較高的激光雷達(dá)開始工作；進(jìn)入100m時(shí)，使用更加精確的CCD光學(xué)敏感器。這3臺(tái)交會(huì)測(cè)量設(shè)備完全由我國(guó)自主研制。

神舟-8拍攝的天宮-1（視頻截圖）

神舟-8伸出對(duì)接機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備對(duì)接示意圖

3 對(duì)接段

神舟-8向天宮-1最后靠攏（視頻截圖）

通過位置精度控制和交會(huì)測(cè)量設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)，神舟-8和天宮-1在我國(guó)甘肅、陜西上空用約8min完成了捕獲、緩沖、拉近和鎖緊4個(gè)過程。11月3日01：28，在神舟-8飛行第30圈、天宮-1飛行541圈時(shí)，進(jìn)入東風(fēng)測(cè)控站跟蹤弧段內(nèi)。對(duì)接環(huán)接觸，進(jìn)入捕獲鎖緊程序，地面嚴(yán)密監(jiān)視對(duì)接機(jī)構(gòu)的鎖緊狀態(tài)。此后，神舟-8對(duì)接口上的4只插座與天宮-1對(duì)接口上的4只電連接器對(duì)接上后，2個(gè)飛行器實(shí)現(xiàn)了剛性連接，形成組合體。

11月3日01：36，在神舟-8飛行第30圈、天宮-1飛行541圈時(shí)，交會(huì)對(duì)接圓滿成功。當(dāng)2個(gè)飛行器鎖緊后已經(jīng)飛行至太平洋中部遠(yuǎn)望-3測(cè)量船的上空，這時(shí)自主交會(huì)用的激光雷達(dá)、微波雷達(dá)、空空通信機(jī)等相關(guān)設(shè)備關(guān)機(jī)。

不過，實(shí)際過程很復(fù)雜。據(jù)專家介紹，當(dāng)神舟-8和天宮-1相距僅幾十厘米時(shí)，在它們的速度、位置、姿態(tài)、偏差等11個(gè)參數(shù)滿足對(duì)接的初始條件后，神舟-8在慣性作用下繼續(xù)前進(jìn)，與天宮-1輕輕相觸。當(dāng)感應(yīng)裝置感受到接觸，飛船尾部4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)隨即點(diǎn)火，“捕獲”后旋即關(guān)機(jī)，緊接著相繼展開緩沖、校正、拉近、拉緊、鎖死等一系列動(dòng)作，有上千個(gè)齒輪和軸承同步動(dòng)作，從而組成了剛性連接的組合體。在這個(gè)過程中，既要防止“牽不上手”，又要防止“追尾事故”。神舟-8和天宮-1的相對(duì)速度需控制在0.2m/s，神舟-8的前進(jìn)速度比天宮-1略勝一籌，在交會(huì)對(duì)接時(shí)，它比天宮-1的飛行速度略快0.2s。具體過程分為以下8個(gè)步驟。

第一步：“相撞”。11月3日01：28，在慣性作用下，神舟-8與天宮-1對(duì)接環(huán)以0.2m/s左右的速度輕輕接觸，神舟-8尾部4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)隨即點(diǎn)火，推動(dòng)飛船鉆進(jìn)天宮-1的懷抱，對(duì)接過程正式開始。

第二步：“捕獲”。11月3日01：29，當(dāng)神舟-8主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)上的對(duì)接環(huán)接到失衡傳感器發(fā)出對(duì)接指令信號(hào)后，6根滾珠絲桿就會(huì)向外推出200mm，對(duì)接環(huán)上安裝的3對(duì)捕獲鎖撞到天宮-1被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的卡板器上，捕獲鎖與卡板器互相咬合，被牢牢卡住，2個(gè)飛行器對(duì)接機(jī)構(gòu)順利捕獲，實(shí)現(xiàn)柔性連接，飛船發(fā)動(dòng)機(jī)旋即關(guān)機(jī)。

神舟-8與天宮-1“相撞”示意圖（神舟傳媒/制）

神舟-8“捕獲”天宮-1示意圖

第三步：“緩沖”。11月3日01：30，神舟-8對(duì)接機(jī)構(gòu)機(jī)械緩沖系統(tǒng)開始工作，儲(chǔ)存和消耗能量。其對(duì)接環(huán)受到撞擊后通過一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，聯(lián)向?qū)訖C(jī)構(gòu)上的摩擦自動(dòng)器和電磁阻尼器，分別吸收縱向和橫向的撞擊能量，進(jìn)行緩沖。碰撞、捕獲和緩沖3個(gè)步驟共用時(shí)約60s。

第四步：“校正”。11月3日01：31，當(dāng)神舟-8成功捕獲天宮-1并實(shí)施緩沖后，神舟-8對(duì)接環(huán)的6根滾珠絲桿繼續(xù)往外推至300mm，同時(shí)對(duì)2個(gè)飛行器的姿態(tài)、位置和偏差等進(jìn)行強(qiáng)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)用時(shí)約80s。

第五步：“拉近”。校準(zhǔn)后，神舟-8對(duì)接環(huán)的6根滾珠絲桿緩緩收縮，將2個(gè)飛行器“拉近”，將天宮-1輕輕“擁入懷抱”，這一過程用時(shí)約240s。

第六步：“拉緊”。在神舟-8和天宮-1的對(duì)接面上，分別安裝了12對(duì)結(jié)構(gòu)鎖，每把結(jié)構(gòu)鎖的拉力達(dá)3t。當(dāng)2個(gè)飛行器被拉近后，2個(gè)對(duì)接面的12把結(jié)構(gòu)鎖一一相扣，將二者緊緊粘連。在天宮-1與神舟-8的對(duì)接機(jī)構(gòu)中，還各有3個(gè)完全對(duì)稱的捕獲鎖，當(dāng)捕獲鎖出動(dòng)，二者兩兩合在一起時(shí)就能依附在一起，就似門的撞鎖相扣，實(shí)現(xiàn)2個(gè)飛行器最初的捕獲、連接和定位。

第七步：“密封”。在2個(gè)飛行器拉緊后，對(duì)接機(jī)構(gòu)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)將帶動(dòng)鋼絲繩系統(tǒng)將2個(gè)連接器面上的密封圈壓縮，保持密封。

第八步：“剛性連接”。通過對(duì)接鎖使2個(gè)連接器貼合，使天宮-1上的4只直徑為3.8cm的電連接器插頭準(zhǔn)時(shí)插入神舟-8對(duì)接口上的4只插座，實(shí)現(xiàn)“剛性連接”，將2個(gè)飛行器組合成一體。拉緊、密封和剛性連接共用時(shí)220s。

神舟-8與天宮-1“緩沖”示意圖

神舟-8與天宮-1“拉近”示意圖

從接觸到最后的鎖緊僅用了約8min，比原計(jì)劃縮短了7min。神舟-8和天宮-1實(shí)現(xiàn)“剛性連接”后，通過制動(dòng)控制系統(tǒng)，接通2個(gè)飛行器的電、氣、液路通道，進(jìn)行信息和能源并網(wǎng)。

第1次對(duì)接的整個(gè)過程處于夜間，即太陽光無法照射的地球陰影區(qū)，肉眼很難看到，只能通過專業(yè)手段進(jìn)行觀測(cè)。這是由于在地面無法完全模擬太空中的陽光強(qiáng)度，為了避免強(qiáng)光對(duì)測(cè)量設(shè)備的干擾，所以首次交會(huì)對(duì)接選在地球陰影區(qū)進(jìn)行。

天宮-1和神舟-8鎖緊完成（視頻截圖）

第1次、第2次對(duì)接都是在我國(guó)甘肅、陜西上空進(jìn)行，主要是因?yàn)檫@兩地的地面測(cè)控站分布比較密集，屬于搭界弧段，可實(shí)現(xiàn)測(cè)控全可見。同時(shí)，這兩地又處于天鏈-1的01星和02星中繼衛(wèi)星的覆蓋弧段，能夠保證神舟-8和天宮-1從相距140m的停泊點(diǎn)，到最終的靠攏鎖緊段，整個(gè)過程都在我國(guó)測(cè)控范圍內(nèi)。這樣一旦出現(xiàn)緊急情況能夠及時(shí)進(jìn)行測(cè)控，第一時(shí)間進(jìn)行處理，從而保證各類操控的可靠性。

4 組合體飛行段

在這一飛行段，由天宮-1負(fù)責(zé)組合體飛行控制，神舟-8處于?？繝顟B(tài)，但如果出現(xiàn)故障，神舟-8則可以立即進(jìn)行“替補(bǔ)”。組合體內(nèi)部環(huán)境的統(tǒng)一控制是未來載人空間站運(yùn)行的重要技術(shù)。雖然因無人參與，這次試驗(yàn)對(duì)大氣環(huán)境不進(jìn)行驗(yàn)證，也不打開艙門，但2個(gè)飛行器之間的通道是否暢通至關(guān)重要。

天宮-1攝像頭拍攝的天宮-1和神舟-8對(duì)接鎖緊完成后的畫面（視頻截圖）

5 再度對(duì)接段

組合體在飛行12天后，于11月14日成功進(jìn)行了分離和第2次交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。其主要過程為：組合體先轉(zhuǎn)身180°，然后對(duì)接機(jī)構(gòu)解鎖，2個(gè)飛行器分離，神舟-8撤離至與天宮-1相距140m處停泊，按程序進(jìn)行了第2次交會(huì)對(duì)接，再次構(gòu)成組合體。其目的是再次驗(yàn)證交會(huì)對(duì)接技術(shù)及對(duì)接機(jī)構(gòu)等部件工作的可靠性與穩(wěn)定性，為未來的神舟-9、10載人手動(dòng)對(duì)接打下基礎(chǔ)。這樣可以增加空間試驗(yàn)的子樣，以獲得最大的效益。第1次對(duì)接是在地球陰影區(qū)進(jìn)行，由于沒有太空中強(qiáng)光的影響，交會(huì)對(duì)接非常順利。為了充分驗(yàn)證測(cè)量設(shè)備的抗干擾能力，第2次交會(huì)對(duì)接在光照區(qū)舉行，以考察測(cè)量設(shè)備在光照干擾下的工作情況，為以后載人手動(dòng)對(duì)接做準(zhǔn)備。這一做法有其合理性、經(jīng)濟(jì)性，但同時(shí)也存在風(fēng)險(xiǎn)，然而我們成功了。

6 分離撤離段

天宮-1-神舟-8組合體在軌運(yùn)行示意圖（神舟傳媒/制）

天宮-1與神舟-8交會(huì)對(duì)接任務(wù)全過程

再次對(duì)接的天宮-1與神舟-8組合體繼續(xù)飛行2天后，于11月16日進(jìn)入分離撤離段。2個(gè)飛行器再次分離，分離后神舟-8緩緩轉(zhuǎn)身180°，從而與天宮-1行駛方向一致，同時(shí)加速飛行。神舟-8撤離至與天宮-1相距5km以外的安全距離時(shí)，交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)結(jié)束。11月17日，神舟-8返回艙返回內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)。

2個(gè)飛行器能否正常分離與能否正常對(duì)接一樣重要，一旦無法分離，未來載人航天器上的航天員就可能面臨巨大風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)程序設(shè)計(jì)，對(duì)接鎖可自動(dòng)分離，鎖緊機(jī)構(gòu)依次解開后，2個(gè)對(duì)稱的彈簧提供了初始推力，神舟-8離開天宮-1，慢慢飛遠(yuǎn)，直至撤至安全距離，神舟-8發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，加速離開。自動(dòng)分離一旦出現(xiàn)故障，也可以進(jìn)行手動(dòng)分離，將2個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)掰開；此外，還可以采用火工品將對(duì)接機(jī)構(gòu)炸開，實(shí)行強(qiáng)行分離。

對(duì)接機(jī)構(gòu)上的12把結(jié)構(gòu)鎖，每個(gè)鎖的拉力都是數(shù)噸級(jí)。為了確保分離，采取了4重備份。神舟-8鎖鉤自動(dòng)解鎖失效時(shí)由天宮-1鎖鉤解鎖；如果仍然不行，則先用火工品炸斷神舟-8鎖鉤；仍然無效時(shí)，最后的選擇就是把天宮-1的鎖鉤炸毀，如果發(fā)展到這一步，天宮-1的對(duì)接機(jī)構(gòu)將永遠(yuǎn)失效，無法迎接下一艘飛船。

神舟-8撤離返回后，地面控制對(duì)天宮-1進(jìn)行2次軌道機(jī)動(dòng)，將其從337km的對(duì)接軌道抬升到約382km的自主飛行長(zhǎng)期管理軌道，等待下一次交會(huì)對(duì)接。382km這個(gè)高度是根據(jù)2012年發(fā)射神舟-9的發(fā)射窗口計(jì)算得出的，屆時(shí)天宮-1將通過自然衰減，軌道高度將降到約343km?！?/p>