天宮一號與神舟八號空間交會對接示意圖
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太空相會喜傳勝利捷報：中國神舟八號無人飛船與天宮一號日前成功實現空間交會對接，並以組合體方式成功實現在軌運作為舉世所矚目。這使得中國已成為繼俄羅斯、美國之後世界第3個完全獨立掌握空間交會對接技術的國家，從而掀開了世界航太事業發展具有里程碑意義的嶄新一頁。為幫助廣大讀者深入了解當今國際空間交會對接技術發展的宏觀趨勢和新格局，本期特邀國際太空專家、中國空間技術研究院研究員、中國科學院中國發展戰略學研究會航太領域專家委員龐之浩，詳細解讀“太空之吻”如何展示航太大國綜合技術實力。
意義重大——
事關係列深空探索計劃實施
記者：通觀世界航太器太空相會的發展歷程，實現空間交會對接有何戰略意義？
龐之浩：可謂戰略意義十分重大。首先，擁有和掌握空間交會對接技術是建造和運作空間站的先決條件，也是面向未來實施系列深空探索航太計劃的關鍵一環。因為雖然空間站具有體積大、功能強和運作時間長等優點，是大規模開發太空資源的理想載人平臺，但它無法進行天地往返，需用宇宙飛船等天地往返運輸器與其交會對接，才能完成各項航太使命。所以，完成空間交會對接應該是航太大國技術實力的綜合展示。
群雄並舉——
新發展格局引世人矚目
記者：當今世界圍繞國際空間交會對接技術發展，呈現出了哪些宏觀趨勢和新的格局？
龐之浩：當前圍繞發展空間交會對接技術，已呈現出群雄並舉的宏觀趨勢和新格局。由於空間交會對接技術既重要又複雜，所以，美國與前蘇聯/俄羅斯所掌握的完整空間交會對接技術，都是在太空行走之後，通過完成大量的試驗才得以實現的。
尤其格外引人注目的是，目前歐洲和日本等轉移飛行器在“國際空間站”空間交會對接技術方面，分別得到了來自美國或俄羅斯的技術支援。歐洲自動轉移飛行器的對接機構，由俄羅斯提供，日本H-2轉移飛行器的對接機構則由美國提供，其最後對接過程是由空間站的機械臂控制完成。同時，二者在飛行任務中，均離不開美國和俄羅斯的數據中繼衛星系統支援。
太空牽手——
競爭與合作相伴而行
記者：目前，國際上航太大國實現空間交會對接如何開展技術合作？主要運用了哪些新技術？
龐之浩：國際上航太大國在實施空間交會對接中，可謂始終是競爭與合作相伴而行。1995∼1998年，美國太空梭成功與俄羅斯和平號空間站進行9次交會對接；1998年∼2011年，美國太空梭成功與“國際空間站”進行了37次交會對接，沒有1次失敗，這充分顯示了他們對空間交會對接技術的掌握已十分先進和成熟。美國太空梭與空間站交會使用的測量設備主要包括GPS、微波雷達、鐳射雷達、光學攝像系統等。美國太空梭與空間站對接時使用的機構“是改進的”異體同構技術。這些新技術的運用，既促進了合作，又強化了競爭性。
形式多樣——
俄羅斯對接次數最多
記者：以往國際上實現空間交會對接主要採用哪些技術形式？成功率如何？
龐之浩：蘇聯／俄羅斯一直是世界上進行航太器空間交會對接最多的航太大國。其對接形式可謂多種多樣：有無人飛船與無人飛船的對接；有載人飛船、無人飛船與空間站的對接；還有空間站模組艙間的交會對接與組裝等等，並積累了極為豐富的成功經驗。其聯盟19號與美國阿波羅18號載人飛船首次實現了2個不同國家航太器間的交會對接，也首次使用了“異體同構周邊”式對接機構，從而大大促進了對接機構發展，也為此後開展大型國際航太合作奠定了重要的基礎。
至今，蘇／俄已發射上百艘宇宙飛船，其交會對接失敗的教訓也格外讓人觸目驚心。在所發生的10多次故障中，最嚴重一次是發生了“追尾”事故。1997年6月24日，進步M-34飛船脫離和平號空間站對介面飛離了空間站一段距離，當25日該飛船飛回來再次逼近空間站時，由於制動控制部件失靈，飛船沒有及時對航太員指令作出響應，所以在飛到和平號時，直接撞到和平號“晶體”艙上，是地面控制中心及時控制住了進步M-34。2010年，俄羅斯2艘進步M貨運飛船與“國際空間站”進行自動對接時也先後失敗，都擦肩而過，後來採取改進措施才獲得成功。
這些交會對接事故中，相當部分是因系統故障造成的，例如自動交會測量系統失靈、對接機構故障等。所以，目前俄羅斯在改進交會對接技術的同時，也在不斷建立和完善地面試驗手段，突破和掌握了一系列關鍵技術。
全面適應——
美國對接成功率較高
記者：航太大國實施空間交會對接通常主要考慮哪些因素？如何適應多種客觀條件，實現關鍵技術突破？
龐之浩：美國的經驗是，其航太器交會對接多采用手動方式，主要全面考慮技術的把握性、安全可靠性和成本經濟性等諸多因素。為此，航太員要在地面上進行大量操作培訓和倣真試驗。
比如為了給阿波羅登月計劃做技術準備，美國研製和發射了“雙子星座”系列飛船，重在突破和掌握太空行走及空間交會對接等關鍵技術。
至今，美國只發生過2次交會對接故障，一次是雙子星座9號與“阿金納”對接時發生故障；另一次是阿波羅14號飛往月球過程中，在指令艙與登月艙對接時，由於對接機構採用國外引進的材料，所以出現多次對接失敗，直到第6次試接後才獲得成功。正常情況下只需25分鐘的對接，卻花了近2小時。
目前，美國交會對接飛行程式和操作方案，能夠全面適應多種客觀條件和狀態改變的需要，例如發射時間推遲、追蹤器入軌狀態改變和設備故障等，因而其對接成功率目前較高。
未來發展——
仍需邁好“太空四步”
記者：未來在國際上實現空間交會對接主要有哪些用途？其前景如何？
龐之浩：國際大量實踐與研究表明，空間交會對接技術未來主要有4大用途：一是可實現天地往返運輸器(宇宙飛船、太空梭)與長期在軌運作航太器(空間站)的停靠和連接，目前世界上所有空間站都採用了這種方式來維持長期運作。二是可使2個空間站在太空相互支援。2011年8月16日,俄羅斯軌道技術公司宣佈，將打造一個能容納7人的太空旅館,其用途之一就是充當“國際空間站”航太員緊急避難所。三是可在軌組裝大型航太器結構，即把要建造的航太器分成若干部分陸續發射到某一高度軌道上，然後通過交會對接技術組裝成大型航太器系統，和平號空間站與“國際空間站”都是如此建造而成。四是航太器重構不斷實現系統優化，以備未來完成其他深空探索等航太任務。
記者：面向未來國際上航太器空間交會對接將呈現哪些新發展新趨勢？
龐之浩：縱觀國際航太器空間交會對接發展簡史，儘管根據具體要求、各種飛行程式會有所不同，但基本操作方式仍需邁好“太空四步”：大致是“地面導引、自動尋的、分步逼近、對接合攏”4個階段。其中前3個階段為交會，第4個階段為對接，並連成整體運作。
未來國際發展趨勢，仍將是人工控制與自動控制相結合，以提高交會對接的靈活性、可靠性和成功率，而其中充分的地面倣真試驗將是成功的關鍵。(本報記者 別拓侖 周 猛 圖片合成：曾堯、顧瀚文)
