天宮一號目標飛行器是我國第一個低軌道、長壽命的大型載人太空飛行器。這樣一個重達8.6噸的飛行器承載著怎樣的技術難點？將在未來的交會對接中扮演怎樣的角色？中國航天科技集團的專家做出了詳細解答。
交會對接的「指揮員」
在交會對接任務中，天宮一號目標飛行器扮演著引導者和指揮管理者的雙重角色，就像一個團隊中的「指揮員」，始終掌控著工作進度和進展。
當神舟八號飛船進入預定軌道，並開始搜尋和探索天宮一號的倩影之時，天宮一號就會相應地向對方提供引導信號，告訴對方「我在這裡」，並始終給追蹤飛行器提供引導信息。
等到雙方終於「敖包相會」，實現對接後，神舟八號飛船就將「大權」上交，安心地停靠在天宮一號身邊，按照其指令和控制來飛行。這時，天宮一號就義不容辭地承擔起了「指揮員」的職責，不僅要控制好自己，還要照顧並控制好神舟八號的狀態，突破組合體控制技術。中國航天科技集團公司五院天宮一號目標飛行器總設計師張柏楠解釋道，對接完成後，天宮一號要為神舟八號飛船供電，起碼滿足500瓦的供電能力，以補充飛船能源不足的問題。
空間站建設的「先遣兵」
張柏楠說，天宮一號這個空間站建設的「先遣兵」，無論是從自身裝備還是承擔的任務而言，都非等閒。它有很多未來空間站會用到的技術和設備，比如大型控制力矩陀螺。飛船短期飛行靠發動機控制，中型衛星靠動量輪控制，而空間站這種大型空間設施則要靠力矩陀螺才能控制。此外，天宮一號應用的電池發電效率高達27%至28%，已經跟國際先進水平相差無幾。
在軌補加技術也是未來空間站的一個關鍵技術，而天宮一號就可以實現推進劑在軌補充，其先進的金屬膜殼儲箱未來就可以直接應用於空間站的推進系統之中。
與中繼衛星 「太空握手」
上天后，人們要想通過視頻、音頻了解距地面350公裡的天宮一號的情況，就要靠測控與通信系統了。
神舟飛船圍繞地球飛行時，藉助國內外測控站、多艘測量船，我國對飛船的測控覆蓋率也只有約12%。而此次任務中，天宮一號與中繼衛星可實現「太空握手」。在天宮一號的外側，人們可以看到一個鍋狀的反射面天線，直徑約1米，那就是中繼天線。通過中繼天線和配套設備，天宮一號可以捕獲並跟蹤中繼衛星，在中繼衛星的可視弧段通過中繼專用信道向地面傳輸數據；同時，又可通過中繼信道接收地面上傳的數據。
晨報記者 韓娜
通訊員 劉斐 許斌
神箭「長二F」大變身
置換全新「大腦」 整流罩用上馮·卡門曲線
在首次交會對接任務中，以發射載人飛船著稱的「神箭」長二F火箭將再次大顯身手。火箭設計人員將運載火箭進行了重新設計，取名叫「改進型長徵二號F」運載火箭，並分為「長徵二號F T1」和「長徵二號F遙八」兩種。雖然名稱上仍被稱作「長二F」或被叫做改進型，但火箭從外到內卻「大變身」，用科研人員的話說：「這完全是一枚全新的火箭。」
取消逃逸塔
據中國航天科技集團公司一院火箭總設計師荊木春介紹，改進型長二F火箭有兩種狀態，即執行天宮一號的非載人狀態火箭和執行神舟八號任務的載人狀態火箭。運載能力分別為8.6噸和8.1噸。比傳統狀態的「長二F」提高了0.6噸和0.1噸。
兩種狀態的火箭主要區別在於逃逸系統的設計。執行神舟八號載人狀態的火箭逃逸系統沒有變化，「儘管『神八』上沒有航天員，但是沒有降低火箭要求，按照載人標準來進行嚴格設計和質量要求。」航天科技集團有關火箭專家說。執行天宮一號非載人狀態的火箭取消了逃逸塔。
「皇冠」變化成亮點
眾所周知，整流罩位於火箭頂端，有著火箭的「皇冠」之稱。火箭升空前，整流罩在地面保護飛船或衛星免受氣動力和氣動熱損傷。發射天宮一號時，火箭外形上的最大變化就是這個「皇冠」，不僅長度由先前的10.7米增至12.7米，最大直徑也由先前的3.8米增至4.2米，是我國目前在役運載火箭中最大的。
更重要的是，整流罩的頭部還採用了流線式的馮·卡門曲線，代替了以往整流罩前錐段上的錐形線條，這也是最吸引公眾眼球的重大變化。
整流罩從直線到不規則曲線，將讓天宮一號目標飛行器「享受」舒適之旅，它將減少火箭飛行過程中的阻力幹擾和顛簸，降低飛行器的受損機率。
更換神經中樞
據中國航天科技集團公司一院火箭系統副總設計師宋徵宇介紹，改進型長二F火箭的控制系統是個全新系統，相當於給火箭置換了一個全新的「神經系統」。這樣，「大腦」所提供的制導方式首次由原來的攝動制導改為迭代制導。
「打個比方說，家住五環路，工作單位在三環路，攝動制導給你規定好了具體路徑，而迭代制導只是告訴你目的地，並不限制具體路徑。」火箭總設計師荊木春作了這樣的比喻。
晨報記者 韓娜 通訊員 黃希 李冠礁 索阿娣
「天宮」迎大考 風險咱不怵
設備故障、太空垃圾、太陽風暴 各種風險都有準備
業內周知，神舟飛船軌道艙留軌運行的壽命只有6個月，而重達8噸多的天宮一號使用壽命要達到兩年。這兩年生活中又將遇到哪些艱難險阻，完成自己的使命？記者採訪了航天專家，聽他們揭秘天宮一號兩年的太空生活。
資源洩漏微乎其微
天宮一號在太空運行的兩年中，除去分別與三艘無人或有人神舟飛船交會對接外，多數時間都是無人狀態下的自主飛行。科研人員在設計研製中對天宮一號的艙體密封性提出很高要求，保證所攜帶資源的洩漏微乎其微，同時攜帶足夠的氣源進行洩漏補償，不會影響航天員的正常使用。
在地面，科技工作者還進行了臨壓力應急試驗，以保證當天宮一號艙體出現5毫米漏孔時，能夠維持艙壓不小於70千帕，並能保持80分鐘，為航天員贏得充足的逃生時間。
設備故障試驗達萬次
天宮一號裡有500餘臺大小設備，它們對於在軌運行和正常工作都十分關鍵。在太空中，這些設備一旦出現故障該怎麼辦？中國航天科技集團公司五院載人航天總體部型號主管設計師李興乾說：「我們設計時已做了充分的地面試驗，有的設備試驗次數達萬次以上，就是為了提高設備的可靠性。」研製人員針對各種可能出現的故障提前制定了幾百種預案，保證天宮一號各部件的正常運轉。
金屬外衣防太空垃圾
太空垃圾是圍繞地球軌道的無用人造物體，小到人造衛星碎片、漆片、粉塵，大到整個火箭發動機。千萬別小看了這些零零碎碎的太空垃圾，由於它們和太空飛行器之間的相對速度很大，因此，即使輕微碰撞，也會造成太空飛行器的重大損壞。
研製人員為此在天宮一號的艙體上設計了特殊的防護裝置，較小的太空垃圾幾乎不會對其造成多大影響。此外，天宮一號自身帶有防護板，可以遮擋微小碎片對飛行器的撞擊，而其自身2毫米至3毫米厚的金屬外衣，也能起到很好的防護作用。
特殊設計應對太陽風暴
這兩年是太陽活動高峰年，研製人員預計天宮一號將會遭遇太陽風暴的影響，為此，研製人員進行了有效設計，他們會適時利用地面控制系統，啟動天宮一號上的推進器將自身往高處託舉，使之維持在要求的軌道高度。
晨報記者 韓娜
通訊員 宋麗芳 許斌
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