总设计师详解：交会对接如何逾越五道关

  新华网北京１１月２日电（记者孙彦新、徐壮志、赵薇、李清华）中国首次太空交会对接将于２日深夜至３日凌晨进行。“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５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。

    这，就是瞄准的需要。

    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。没有严密的计算和超一流的飞控能力，想在短短不到两天的时间内追上，实非易事。

    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％。

    从神舟七号任务到神舟八号任务仅仅３年时间，这样大的技术跨度，在其他国家十分罕见。

    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。

    二者相距５公里以外时，如果关掉发动机，则会在各自的轨道上越离越远，不会相撞。一旦进入５公里之内，即使没有任何动力，也可能越飞越近导致相撞。

    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。如果在某一阶段出了问题，可以退回上一停泊点，解决后继续按原计划前进。

    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。飞船返回舱返回地球后，交会对接试验至此完成。