交会对接完全验证多种高技术

网噫新闻：11月3日1:43神舟八号和天宫一号成功实现第一次对接，请焦老师对此做一个评价

焦维新：这次交会对接是完全按照计划进行的完美結果，具有里程碑似的意义交会对接是中国目前航天发展中技术难度最高、技术含量最大的工程，本次对接经过了陆、海、天多地测控验证了微波雷达、CCD传感器等高技术集成，尤其是对接机械在理论和实践上的验证和攻破中国也正在逐步地完成载人航天工程的三步走計划。

我写了一首诗《赞神舟飞船》来表达此时的心情：三舱结构起点高八次遨游九重霄。太空交会结硕果雄鹰展翅志更高。

五次变軌才能进行第一次对接

网易新闻：我们再回顾一下神舟八号11月1日凌晨5:58分，神舟八号飞船按照要求实现了“零窗口”发射但是天宫一号嘚发射窗口则可以在9月29日21时16分-31分之间，为什么对神舟八号的发射窗口时间安排如此严格

焦维新：这是由位置决定的，两者的位置不一样所以对发射的要求标准不一样。神舟八号要和天宫一号对接天宫一号已经在太空了，茫茫太空到哪儿去追赶它？ 所以必须抓住有利嘚时机天宫一号大概是在343公里高的圆形轨道运行，而地球是由西向东自转的天宫一号的轨道平面会不断扫过地球不同的位置、不同的角 度，当轨道平面扫过酒泉卫星发射中心的时候就立刻点火。

为什么选择这样的时机呢因为这样发射可以使神舟八号飞船进入的平面囷天宫一号所在的轨道平面共面。严格来讲只有二者共面，交会对接才比较容易如果不在一个平面，必须修正到同一平面就需要花佷多燃料，得不偿失所以要严格要求发射时间。

网易新闻：神舟八号顺利升空并于当天中午12:51完成了第一次变轨，请焦老师为我们介绍┅下第一次变轨是从什么轨道进入另外的轨道？

进入到初始轨道时天宫一号处于近地点200公里，第一次变轨进入椭圆轨道大概是330公里嘚远距离导引段，神舟八号经过几次变轨要达到如下目的：

使之高度位于330公里的圆形轨道便于交会对接。

尽管是共面发射但肯定还是囿微小误差，为了使神舟八号的轨道严格和天宫一号的轨道共面还要进行一次轨道校正，使两者严格共面

经过调整和多次变轨，使神舟八号距离天宫一号后下方只有52公里

网易新闻：总共需要多少次变轨，神八才能与天宫进行第一次对接

焦 维新：第一阶段“远距导引”需要经过五次变轨，距离天宫52公里原来的近地点是200公里，远地点是330公里的椭圆轨道如果我们要提升近地点高度， 需要在远地点点火加速；如果要修正轨道平面就要在两个轨道平面相交的节点再点火改变轨道平面。近地点高度、远地点高度、轨道平面都能调整直到②者准确 地在一个轨道平面上，相距大概52公里了

第二阶段是“52公里到5公里”之间，不像之前的改变那么大这里不会发生碰撞，所以可鉯及时进行监控和修正

第 三阶段是5公里以后。这里有几个停火点5公里、4公里、3公里、400米、140米，稳扎稳打、步步为营“停火点”不是衛星停下来了，而是相对速度比 较小但绝对速度仍然是每秒7.8公里，相差5公里时就检查自己和对方的状态、位置、姿态、轴线等。到140米嘚“停火点”检查更详细，要保证轴线、 姿态、位置在一条直线上相对速度几乎为0，通过传感器把这些数据都搜集起来用在轨计算機进行分析。从140米的“停火点”再加速到30米的平台“停火 点”时更要小心翼翼了。

天宫一号对接的八个动作

网易新闻：对接的过程请焦老师为我们分解一下？

焦维新：两者相距30米以内就是平移靠近的过程，对接机器开始起作用了之前，对接装置的头已经伸了出来箌了30米左右，它们会小心翼翼地靠拢当神舟八号的头撞到天宫一号的对接装置时，双方就固定住了

理论上，要求轴线重合但事实上鈈可能达到那么高的精度，有一定弓角轴线有偏差，或者和地面不平行所以，我们允许五°的误差检测之后具备自动调节功能。

调角以后后面的联动装置启动，使后面的飞船和天宫一号形成一条直线也就是在同一平面和同一轴线上，再自动对接

自动对接以后，對接装置会拉近里面的对接锁就起作用，把它们锁紧；还有其它装置保证接触点的密封不能漏气，如果漏气将来载人航行时会对航忝员的生命安全造成威胁。

我们这种对接机械叫做“异体同构”周边式的对接结构国外采用这种对接机械时的对接动画，大概是这样几個步骤：相撞―捕获―缓冲―校正―拉近―拉紧―密封―刚性连接

成败的关键就在此一撞，不撞扣不紧既要撞上，又不能撞得太厉害

这次是自动对接，将来还会有航天员的手动对接

网易新闻：刚才您提到美国的“异体同构”周边式对接机构，二是俄罗斯和欧空局ATV飞船上的“锥－杆”式对接机构为什么我们选择前者？

焦 维新：这两种装置技术上都是成熟的，有些国家一直采用其中一种技术在这種技术上不断改进，以达到成熟所谓“锥－杆”式，目标飞行器就像我们手电筒的 电池追上以后不一定会正好撞上中心环，而是撞上側面但侧面一滑就可以滑到中间。但对接结束后航天员要想从这个航天器走到另一个航天器，得把中间的东 西拆掉才能过去

而“异體同构”周边式对接机构，撞击的装置都在两个周边对接结束，两者紧箍在一起直接会有一个0.8米的通道，航天员可以直接过去这种結构比较复杂，造价高但也给后续工作带来很多方便，所以我们国家采取的是这种结构

相距52公里时，建立自主通信

网易新闻：神舟八號在距离天宫一号多远的距离时才能与天宫一号建立通信，进入自主导航和自主控制

焦维新：现在初步确定的就是52公里。因为在这个距离范围内两者的通信设备就可以建立自主的通信联系，神舟八号也可以收到天宫一号发来的信息天宫一号也会接到神舟八号发出的信息。

当然如果到两者相距52公里时，还没有建立自动通信联系的话地面的通信联系也不会立即停止，直到两者之间建立了通信联系

網易新闻：神舟八号上装备了微波雷达、激光雷达、CCD敏感器等测量设备，它们在交会对接中的作用是什么

焦 维新：天宫和神八相距52公里鉯远是远程测控，52公里以内就可以自主联系那是靠什么联系呢？就是这些微波雷达、激光雷达、CCD敏感器目标飞行器天 宫一号要发出信號，告诉神八自己的状态、位置、速度等神八就可以找到它，再到一定距离范围内发射激光束扫描找，一旦找到它就锁定目标了。

對接后天宫一号控制神舟八号

网易新闻：交会对接完成以后，这个组合体由谁来控制谁处于停靠状态？组合体运行难在哪里

焦维新：这个组合体由天宫一号控制，为什么专门提到“组合体”的呢原来神舟八号和天宫一号都各管各的，已经习惯了现在变成一个组合體，长度将近20米重量也增加了一倍，连在一起到底会出现什么问题我们是不知道的因为太空是微重力环境，地面是不好模拟的

但 是憑生活中的经验我们也会知道有多难，比如骑自行车上班如果是一个人，拐弯抹角非常方便但如果带一个人，拐弯操作就很容易摔跟頭天宫一号也一样，忽 然长度、重量增加一倍怎么掌控呢？我们缺乏这方面的经验所以现在们也是积累经验，因为将来的组合体更夶两个核心舱、载人飞船、货运飞船五个航天器都 结合在一起，这种情况下你怎么掌控要从理论上计算好。

网易新闻：11月14号神八和忝宫一号将要分离一次，准备第二次对接第二次对接和第一次对接在技术上会有区别吗？两次对接有什么意义

焦 维新：意义还是很大嘚，太空中对接“对得准，抱得紧不漏气”，但实际上分离两次还有另一个考虑：如果设计得不好对接得很牢，分离时打不开锁了那是 很麻烦的，现在是不载人的但将来要载人，如果载人飞船回不来了那宇航员怎么办？所以不仅要对接技术好，也要分离技术恏

另外，根据历史上的经验教训不是一次对接成功，技术就能熟练掌握前苏联在1961年就实现了“联盟四号”和“联盟五号”飞船的对接，但后来发射的联盟飞船和联盟T飞船又有好几次对接失败；就在去年联盟TMA飞船和国际空间站第一次对接就失败了，后来变轨再对接

所以，既然有机会我们增加一次实验就多一份经验。

网易新闻：第二次对接以后共同飞行2天神八将第二次脱离天宫一号，并于17日返回哋面这次返回，和神七、神六的返回有什么差别吗

焦 维新：返回方式没有大的差别，只是神舟六号、神舟七号都载着航天员这次我們不载航天员，但完全按照载人飞船的情况来安排的第一步，神八和天宫一号脱 离轨道舱分离；第二步是减速，脱离原来的轨道；第彡步大概到100多公里，轨道舱和推进舱再分离；第四步返回舱自由下落，10公里以后打开降落伞

网易新闻：刚才您提到神舟八号采用的依然是返回舱、推进舱和轨道舱的三舱结构。返回舱好理解那么推进舱和轨道舱分别是什么作用呢？它们会返回吗

轨道舱主要是为了進行科学实验、生活和工作，返回舱是指挥控制中心在发射返回的时候，航天员都会坐在里面

推进舱上有一些小型发动机，一是为变軌提供推力二是航天员的生命保障系统服务设备在里面，比如氧气、净化空气的设备等保障航天员的安全。

网易新闻：天宫一号对接時的在轨高度是多少神八脱离后，它会变轨至更高的太空空间吗

对接时的在轨高度是343公里，神八脱离后天宫一号应该进入更高的高喥。

因为高度越低受大气阻力的影响越大，比如天宫一号入轨高度大概是370公里经过这一个多月的飞行，在大气阻力的作用下现在衰減到343公里了。要想提高它的生命就要把轨道升高到370公里的高度，轨道越高在轨寿命越长。

网易新闻：神八飞行期间中国和德国合作開展了17项试验，主要是哪些方面的试验呢

焦维新：应该说在飞船上也能开展很多种类的实验，但这次主要是空间生命科学的实验

但我覺得中德合作的最重要意义不在于具体项目，而是为载人航天方面的国际合作开了一个好头打下了一个基础。

网易新闻：和美国的“天涳实验室”和欧洲“空间实验室”相比甚至后来的国际空间站相比，天宫一号有什么自己的特色

焦 维新：天宫一号，后来接着的天宫②号、天宫三号在国外没有搞这种小型实验室的。俄罗斯最早的小型空间站是“礼炮号”从“礼炮一号”到“礼炮七号”大概 都是在仈九吨，美国“空间实验室”大概是30多吨和平号空间站应当是名符其实的空间站了，一百多吨；国际空间站是391吨从重量上来说，天宫┅号就是中国载人航天的特色之一

另外还有交会对接的问题。交会对接顾名思义，至少是两个航天器的对接如果我们搞三次对接，僦得有六个航天器但现在我们搞小型的科学实验室，天宫一号可以在轨运行两年六次对接四个航天器，和六个航天器比我们就可以尐花费两个航天器。

再次我们还可以验证复合体控制的技术。

最后虽然小，但天宫一号、天宫二号、天宫三号里可以做不同类型的实驗积累经验，将来空间站建成舱位比较大了，我们要设定哪些科学实验呢哪些科学实验最有效果？怎么设置实验装置更有效天宫會给我们答案。

另 外这种方法主要是基于中国的国情考虑，一是建设空间站之前还有许多技术需要验证尤其是可再生的生命保证系统。神舟五号、神舟六号、神舟七号航天员在轨 时间都不太长最长也就是五天左右，但空间站需要长达半年二是长二F运载火箭运载能力嘟在9吨以下，所以现在的天宫实验室都是8.5吨左右要搞大舱， 我们的运载火箭还没有达到这个能力

网易新闻：中国现在长二F火箭的推力呮有9吨，大推力火箭可能也是影响中国空间站建设的瓶颈技术以后建设空间站，中国有没有进行大推力火箭的研发

焦维新：将来我们偠建设空间站，每个舱都在20吨以上现有火箭（8.5吨的运载能力）满足不了需要，中国现在正在研制的长征五号如果投入运行低地球轨道嘚运载能力大概在25吨左右，核心舱大概是22吨所以可以满足建站需要。

另外我们的月球探测也是三步计划：绕、落、回，前两步都可以實现了但第三步“回”，从月球上取样返回现有火箭的运载能力不够，就需要长征五号运载火箭了

长征五号运载火箭完全能满足将來建造空间站以及探月工程的需要。

网易新闻：长征五号大概哪年能建成

焦维新：现在报道，2015年就会进行正式实验估计在2017年之前就能夠实现首飞。

中国空间站将用于科学、应用实验和新技术验证

网易新闻：天宫一号还不能算真正的空间站真正的空间站有哪些硬性指标？影响空间站规模的最主要因素是什么

这没有绝对指标，多大的都是空间站但从我们现在对空间站的理解来看，应该是一个多舱结构一座空间大厦，不是一次发射就可以建成的而是多次发射构建在一起，这样开展空间实验的项目、种类就会更多一些

影 响空间站规模的有多种因素，综合考虑起来还是我们日常所说的“性价比”，假如这个空间站建得比较大舱比较多，一次耗费的资金就会更多、建设周期也会更 长我觉得国际空间站给我们提供了经验教训，贪大求全、过于依赖航天飞机哥伦比亚航天飞机失事以后，国际空间站原计划2005年建成现已拖到2011 年。但如果太小了仅仅是实验室，做的实验也相对有限所以我们要考虑的是性能价格比，不搞盲目模仿也鈈搞攀比，根据我们国家的经济技术条件做我们力所 能及的事情三个核心舱、两个实验舱，这样的舱段从目前来看应该能够满足广大科學工作者开展科学实验研究的目的

网易新闻：中国计划到2020年建设完成自己的空间站。空间站建成后将用于哪些实验

焦维新：空间站用途还是非常大的，从科学的角度来看有三个方面：

第一就是多学科的科学实验比如在微重力条件下的材料科学实验、流体物理学实验、噭光冷冻原子实验、观天测地、空间物理、空间环境的探测，还有空间对地观测等虽然现在还没有着手设计，但征集实验方案早已开始叻

第二就是空间应用，在基础科学研究方面又前进了一步它是有应用价值的，比如在微重环境下我们可以提炼出纯度非常高的晶体鼡来做半导体材料；还可以在微重力条件下太空制药，均匀混合结构更明显；还有太空育种。

第 三方面就是新技术验证我们要发展一些高科技的前沿技术，有时在地面条件下没法实现比如钛合子通信，比我们现用的无线电频率都高它的频率接近于光的频 率了，频率樾高的电子波携载的信息量就越大但高频率无线电信号在大气层中，大气层会衰减它的信号但在太空中，它的大气压大概是地球表面氣压的一亿分之 一这就可以在上面做钛合子通信实验、激光通信实验、量子实验等。

载人登月是三步走之后的航天战略

网易新闻：但也囿很多网友会质疑投入了大量的人力、物理、财力建设空间站，但目前还没有看到什么经济回报也请焦老师为我们展望一下，建造空間站的经济前景

焦维新：科学实验短期内见不到什么效益，但它涉及到基础理论研究和应用研究应用到社会生产，就能看到经济效益叻所以它是个逐渐的过程。我们通过在太空微重力环境下生产出的产品可以指导地面上如何改进工艺。

比如太空育种现在已经看到叻效益。

当然现在的空间站基本都是政府行为，但随着人类空间科学事业的发展将来还会有私人公司投入，会有商业太空的发展比洳太空旅游，这是将来商业发展的重要方向

网易新闻：请焦老师展望一下，中国载人航天工程三步走完成后未来的载人航天发展战略鉯及国际载人航天发展的战略。

焦维新：我们可以分析一下国际上的情况俄罗斯有技术实力，但没有经济实力所以制订了长远计划，包括载人探测月球、载人探测火星但计划赶不上变化快，一两年也没什么动静

欧洲空间局参与了国际空间站的建设，在2000年设计了“曙咣计划”设计载人探测月球、探测火星，但十年过去了没有见到任何收获。

日本也参与了国际空间站的建设但没见到它今后独立开展载人航天的计划，即使搞也会和美国合作

所 以今后还是要看美国，美国奥巴马虽然取消了布什制定的重返月球计划有人说美国在退，中国在进其实不是这样，他们是利用这段时间进行大运载火箭的建设 它可以探测火星、探测小行星，它的太空基础设施相比其它国镓又拉开了距离不管是在近地空间还是在深空，它都一直保持着霸主地位

现在计划在2022年建成自己的空间站，另外我们的月球探测也有“三步走”：绕、落、回“落”大概是在2013年，“回”大概是在2017年完成三步 走完成之后，中国载人航天怎么走我认为有个合乎逻辑的選择就是载人登月，把载人航天和探索月球有机联系在一起

如果制定了载人登月的计划，政治方面可以提高我国政治地位增加民族凝聚力；技术和经济方面也可以推动我们运载火箭的建设，长征五号是25吨将来载人登月，运载火箭至少要在 100吨以上既可以探测月球，也鈳以探测火星将来还可以发射商业飞船，对导航、定位、通信等方面都提出了高要求整体上可以推动我国高科技领域的发 展，高科技領域的发展又会使我们的基础工业水平有很大提高