天宫使命

　　9月29日21时16分，“天宫一号”在酒泉成功升空，这是中国首个目标飞行器。
　　“天宫一号”的主要任务为两个飞行器的交会对接。目标飞行器，即“天宫一号”首先发射升空；追踪飞行器，即未来发射的“神舟”系列飞船入轨后将主动接近“天宫一号”，进行交会对接。“神舟八号”为无人飞船，“神舟十号”执行载人飞行，而“神舟九号”是否载人，则依据之前任务进展情况决定。
　　中国于1992年确定载人航天三步战略。第一阶段载人飞船阶段已经完成，“神舟五号”“神舟六号”相继实现了载人进入太空，并且安全返回。第二步中，“神舟七号”突破了出舱技术。而前两步皆是为第三步建造大规模的、长期有人照料的空间站做准备。整个空间站的建设需要载人飞船和空间飞行器的交会对接，这就要求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。“天宫一号”正是空间实验室阶段的成果。
　　中国载人航天工程总设计师周建平对《财经》记者分析，要有效开发空间资源，就需要长期在轨的空间站，而空间站需要人员往返运输和货物补给。只有达到足够的技术成熟度才能突破交会对接，建立小型空间实验室，并最终建设空间站。
　　可以说，“天宫一号”正是中国未来空间站的雏形，它将展示中国要建成一个完全成熟的空间站所需的关键技术，完成中国所设定的在2020年建成空间站的目标。
　　
　　少花钱多办事
　　目前，“天宫一号”已进入高度355千米的一个接近圆形的绕地轨道上，它将以自动模式运行，并受地面监控。它由实验舱和资源舱两舱构成，全长10.4米，舱体最大直径3.35米，起飞重量8.5吨。其中实验舱可容纳三名宇航员。
　　与飞行几天即返回地球的飞船不同，“天宫一号”是长期在轨飞行的载人航天系统，将在太空运行两年，随时迎接航天员驾乘飞船入住。
　　“天宫一号”可谓身兼多职，将分别与“神舟八号”“神舟九号”“神舟十号”进行交会对接，还要完成空间科学和再生生命保障研究等空间医学实验，以便为将来建设空间站以及航天员长期驻留进行准备。美国和前苏联早期进行的类似发射任务则目的单一，仅为进行对接试验。对此，《国际太空》杂志编审庞之浩称，“‘天宫一号’少花钱多办事，确是一个创新。”
　　国际空间实验室类型并不相同。前苏联的早期“礼炮”系列航天器和美国的“天空实验室”可自主在轨运行，并可以多批次乘组执行多项科学实验。而欧洲的空间实验室只是实验舱，没有自主飞行能力，需搭载美国航天飞机，并由航天飞机向其提供能源、环境等支持条件。
　　“天宫一号”与早期“礼炮”号功能类似，只有一个对接口，可以短期载人。周建平分析，这主要是8.5吨规模限制所致。一个对接口使得空间实验室有很大局限，在载人飞船对接时就不能同时对接货运飞船，因此其资源补给能力有限，只能支持短期载人飞行。而将人员送至太空还应遵守一个准则，就是任何时候都应该有一个载人飞行器伴随航天员身边，以便在意外发生之际，让航天员能够依靠载人飞行器安全离开。
　　中国空间技术研究院研究员、国际宇航科学院院士朱毅麟对《财经》记者分析，以交会对接为主要目的的“天宫一号”设备不一定很完全，其工作时间、寿命、可靠性没有完全按照正式空间实验室的要求来做。“天宫一号”会在飞行两年后，再进行改进，以提高可靠性。真正的空间实验室可能是“天宫二号”。
　　
　　对接如太空穿针
　　如果今年11月“天宫一号”与“神舟八号”交会对接顺利，中国将是继美俄之后第三个完全独立掌握交会对接技术的国家。
　　与美国和前苏联早期进行的交会对接试验不同，“天宫一号”可支持多次交会对接，减少发射次数。美、苏当时均以飞船和飞船对接，每次对接试验需要发射两艘飞船。
　　所谓交会对接，是指将宇宙飞船等航天器在空间轨道上连成整体进行轨道飞行。作为目标飞行器的“天宫一号”要调整到预定的交会对接轨道上，摆好姿态，等待交会对接。之后发射“神舟八号”飞船，“追”到目标飞行器后进行对接。
　　人类历史上第一次空间交会对接并不顺利。1966年3月16日，美国航天员阿姆斯特朗和斯科特手动操作“双子星座”八号飞船与无人“阿金纳”目标飞行器对接，但因人为扳错开关、造成姿控系统故障，对接后飞船猛烈滚动旋转，阿姆斯特朗不得不将两者分开。随后为确保安全，飞船紧急返回。
　　在人类进行的300多次交会对接中有10多次失误。庞之浩介绍，前苏联和美国由于交会对接经验不足，交会测量设备出现故障或对接机构出现问题，甚至还曾出现追尾。
　　交会对接技术要求轨道飞行器有较长在轨寿命，运载火箭入轨精度要求也高，同时交会对接过程也甚为复杂。未来“神舟”系列与“天宫”系列将上演异常紧张的求偶行动，追踪飞行器“神舟”系列飞船将在地面测控的支持下，经过若干次变轨进入到能捕获目标飞行器“天宫”的范围，这个距离约为15千米－100千米。之后，“神舟”需测得与“天宫”的相对运动参数，靠近至其0.5千米－1千米范围内。两个飞行器距离约100米时，其相对速度约每秒1米－3米，此时“神舟”需要利用摄像敏感器和接近敏感器精确测量两者距离、相对速度和姿态，同时启动小发动机，最后以每秒0.15米－0.18米的停靠速度与目标相撞，实现连接。
　　周建平将交会对接比作“在太空穿针”。尽管其中各个阶段都有风险，但最大的风险当属最后近程交会阶段，这主要依靠飞行器自主测量和控制的精度。
　　其原因是，由“天链一号”卫星、国内外16个陆基测控站以及三艘远望号测量船组成的测控网，只能完成远距离导引，即地面只能测量其绝对位置和绝对姿态后换算为相对量，当两个飞行器距离较近时，测控网就无法满足其对精度的要求。同时，地面仿真模拟与太空中实际情况也有差距。
　　周建平分析，飞行器相对测量为高精度测量，空间环境对微波测量和光学测量有影响，如镜头对着阳光直射，光线很强之际，光学测量易受干扰。另外，真空环境、高温变化等，亦可能影响其精度和可靠性。
　　
　　空间站未来
　　在低地球轨道运行的成熟前辈当属国际空间站，这也是人类历史上规模最大、技术最复杂、耗资最多、研建时间最长、合作伙伴最多的空间站。国际空间站除欧洲航天局的“哥伦布”实验舱、日本“希望号”实验舱及加拿大提供的遥控机械臂外，基本上是由美国和俄罗斯两家的舱段、系统和设备所组成。
　　此前，中国曾多次提出参与国际空间站建设，一直未果。朱毅麟认为，这首先是政治上的问题，因为航天技术是敏感技术，多与军事技术联系在一起，因此美国反对声音很强。
　　不过，等到“天宫一号”与“神舟”系列飞船成功对接之后，中国将实现独立完成载人航天三大基本技术的突破，即载人航天器的成功发射和航天员安全返回、出舱活动技术和交会对接技术。之后，中国将建立自己的空间站，以期更有效地开发空间资源。
　　在初步规划中，中国空间站将运行十年左右。中国工程院院士、“神舟”飞船首任总设计师戚发轫公开表示，2020年之前中国要发射一个20吨左右的空间站核心舱，这个核心舱将与一个载人飞船、一艘货运飞船以及两个实验舱交会对接，整个重量100吨以下。核心舱需长期有人驻守，能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。
　　空间站舱段规模较大，需要更大的运载能力。但中国进入太空的能力尚不足，目前将卫星或者飞船送入太空并平稳运行的能力仅为10吨，而美、日等国均已实现20吨。中国正在研制的“长征五号”火箭，将作为将来20吨级空间站舱段的运载工具，而海南文昌在建的航天发射场，将承担这一发射任务。
　　对于中国载人航天的进程，庞之浩认为，中国在发展较快的同时，也顾及了国情与实力。受到技术基础限制，很多技术中国要从头做起。与前苏联过于强调循序渐进以至于常常重复试验、美国航天政策与政府更迭关系很大不同，从“神舟”系列飞船到“天宫”系列空间实验室，再到空间站，中国可谓一步一个脚印，发展较为稳步。
　　在载人航天设计理念上，前苏联过于强调继承，美国则强调新技术飞跃，而中国介于两者之间，风险也较小。
　　除了对航天员在太空作业时的健康和工作效能进行深入研究外，建一个空间站犹如在太空中建一个家，需要继续发展出舱活动技术，以及大型空间设施的维修操控能力；还要为其提供多方面的货物补给，主要是人员消耗品、推进剂和维修配件、科学技术实验设备和实验样品等固态、液态和气态物资的补给。周建平介绍说，其中，推进剂补给尤为精密，因为其他货物可以装载在货舱中，在飞行器对接后可以人工搬运，而推进剂则需要实现密封管道输送，将推进剂从货运飞船储箱转移到空间站储箱中去，其中牵涉很多技术问题。
　　尤令研究人员关注的是，与短期飞行器不同，由于长时间在轨运行，空间站需要实现最高效、可循环再生的生命保障技术。人类在太空中会产生很多废弃物，例如尿液和粪便，呼气和出汗等会生出水汽、二氧化碳等，考虑太空运输成本很高，这就需要一个经济的手段实现可循环利用，即需要电解制氧、冷凝水处理、二氧化碳吸收并还原出氧气、尿液处理等复杂设备和技术。
　　因此，“天宫”系列还要进一步验证再生生命保障、航天员居留和工作的医学问题等研究，同时还要进行空间科学实验，如空间环境材料试验、生命科学试验等。按照计划，直到“天宫三号”，仍然要继续验证上述技术需求。