图:新闻发布会现场(廖小刚 摄)
一、任务基本情况
武平女士在新闻发布会上介绍说,经任务总指挥部研究决定,将瞄准11月1日5时58分发射神舟八号飞船,今天上午10时,执行此次发射任务的长征二号F 遥八火箭已开始加注推进剂。
神舟八号飞行主要任务是:发射神舟八号飞船,与天宫一号目标飞行器,进行我国首次航天器空间交会对接试验,突破和验证航天器自动交会对接技术;考核改进后的神舟飞船和长征二号F运载火箭的功能和性能,以及工程各系统间的协调性;验证组合体工作模式,并开展空间科学实验。神舟八号飞船不载人。
神舟八号为改进型飞船,具备自动和手动交会对接功能,沿用轨道舱、返回舱和推进舱三舱构型,全长9米,最大直径2.8米,起飞质量8082公斤。轨道舱是航天员生活舱,有效活动空间5立方米,舱外安装交会对接测量设备和主动对接机构;返回舱是航天员座舱,配有降落伞和着陆缓冲系统,舱内配置了仪表板、指令板,以及航天员手动控制手柄;推进舱是飞船的动力和能源舱段,安装了轨控、姿控发动机和太阳电池帆板。
发射神舟八号飞船的改进型长征二号F 遥八火箭,是在原长征二号F火箭基础上,对助推器、控制系统和故障检测系统等进行了改进,提高了运载能力和入轨精度。火箭全长58.3米,起飞质量497吨,运载能力为8130公斤。
按照计划,长征二号F遥八火箭点火发射后,飞行约584秒,船箭分离,飞船进入近地点约200公里、远地点约330公里的初始轨道,并在2天内完成与天宫一号目标飞行器交会对接。
交会对接飞行过程分为远距离导引段、自主控制段、对接段、组合体飞行段和分离撤离段。
远距离导引段自神舟八号飞船入轨后开始,在地面测控通信系统的导引下,神舟八号飞船经五次变轨,从初始轨道转移到与天宫一号目标飞行器共面的330公里的近圆轨道,在天宫一号目标飞行器后下方约52公里处,与其建立稳定的空空通信链路,开始自主导航。
自主控制段经历寻的、接近和平移靠拢三个阶段,神舟八号飞船自主导航控制到与天宫一号目标飞行器接触,自主控制飞行过程约需两个半小时。
对接段从对接机构接触开始,在15分钟内完成捕获、缓冲、拉近和锁紧四个过程,最终实现两航天器刚性连接,形成组合体。
组合体飞行段由天宫一号目标飞行器负责组合体飞行控制,神舟八号飞船处于停靠状态。组合体飞行12天左右,将择机进行第二次交会对接试验。其主要过程为:对接机构解锁,两飞行器分离,神舟八号飞船撤离至相距天宫一号目标飞行器140米处停泊,按程序进行第二次交会对接,再次构成组合体。
组合体继续飞行2天后,进入分离撤离段,两飞行器再次分离,飞船撤离至距目标飞行器5公里以外的安全距离,交会对接试验结束。此后,神舟八号飞船返回舱返回地面;天宫一号目标飞行器变轨至自主飞行轨道,转入长期运行管理。
神舟八号飞行期间,中国和德国将利用装载在飞船上的通用生物培养装置,合作开展17项空间生命科学实验。
目前,执行神舟八号飞行任务的航天员系统、空间应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统和着陆场系统已完成综合演练,发射前各项准备已基本就绪。
与此同时,天宫一号目标飞行器自9月29日成功发射以来,先后完成了平台在轨测试和轨道控制,已进入到高度为343公里的交会对接轨道。目前,天宫一号运行稳定,设备工作正常,满足交会对接任务要求。
二、 关于天宫一号在太空进行的准备工作
天宫一号目标飞行器于2011年9月29日21时16分03秒在酒泉卫星发射中心由长征二号F T1火箭发射升空,火箭飞行582秒器箭分离,进入近地点200公里、远地点347公里的椭圆轨道。入轨后,为迎接神舟八号飞船发射,共同实施我国空间飞行器首次交会对接试验,天宫一号目标飞行器主要开展了四项工作:
一是天宫一号目标飞行器分别于飞行第4圈和13圈进行了变轨,进入到高度为354公里的近圆轨道。
二是完成了平台在轨测试,特别是对交会测量设备、对接机构性能以及停控、倒飞等功能进行了测试。测试结果表明:天宫一号平台运行稳定,设备工作正常,各项功能和性能满足交会对接任务要求。
三是开展了科学实验载荷在轨功能检查,各载荷设备状态正常。
四是进行了天宫一号目标飞行器轨道控制和调相控制,现已完成了调相和轨道圆化,进入高度为343公里的交会对接轨道,转为倒飞状态,等待与神舟八号飞船的交会对接。
三、关于神舟八号飞船的技术改进情况
神舟八号飞船在前期飞船基础上进行了较大改进,600多台套设备中,一半以上发生了技术状态变化。其中,新研设备约占15%,改进设备约占40%,主要变化在两个方面:
一是具备了自动和手动交会对接功能,为此,新增和改进了一些设备。比如新研制了异体同构周边式对接机构和多种交会对接测量设备,用于自主交会对接的控制软件也是全新设计研发的,增加配置了反推发动机和平移发动机,改进研制了航天员手动控制设备。
二是为提高了飞船的性能及安全性、可靠性,对部分系统进行了改进。比如:飞船在前期可独立飞行5-7天的基础上,具有了与目标飞行器对接后停靠180天的能力;太阳帆板发电能力比一期飞船增加了50%;改进了降落伞和着陆缓冲系统,提高了安全性和可靠性。
通过这些改进和交会对接任务的飞行验证,将逐步形成标准配置、状态固化的载人飞船,为后续任务的组批投产奠定了基础。
四、关于运载火箭的技术改进情况
发射天宫和发射神八的火箭都是改进型长征二号F运载火箭,为满足交会对接阶段任务要求,长征2F火箭共进行了多项技术改进,主要在以下几个方面:
一是为满足发射天宫一号的需要,研制了新型整流罩。
二是为提高运载能力,改进了助推器结构,增加了推进剂加注量。
三是为满足飞船入轨精度要求,采用了新的控制方案和制导技术。
四是为提高可靠性,对控制和故检等重要系统的计算机采用了三冗余措施,发动机也采取了消除薄弱环节的措施。
与以前的长征2F火箭相比,此次改进的长征2F火箭具有运载能力更高、入轨精度更高、可靠性更高等特点。
根据交会对接任务的要求,改进型长征二号F火箭有两种状态,一种是用来发射目标飞行器,一种是用来发射飞船,两种火箭技术状态基本一致,也有以下几个方面的差别:
一是功能上的差别:发射神舟八号飞船的火箭具有逃逸功能,而发射天宫一号目标飞行器的火箭不需要逃逸系统。
二是控制精度的差别:根据任务的不同要求,采用了不同的控制方案。长征2F T1火箭可保证天宫一号较高的姿态精度;长征2F遥八火箭可保证神舟八号较高的入轨精度。
三是外形上的差别:发射天宫一号目标飞行器的火箭使用了更大直径的整流罩;发射神舟八号的火箭有逃逸塔。因此,从外形上看,发射目标飞行器的火箭头部直径更大,而发射飞船的火箭全箭长度更长。
五、关于“零窗口”发射的情况
关于零窗口发射,与以往飞船发射不同,这次交会对接任务要求飞船为“零窗口”发射,目的是为了确保将飞船发射到与目标飞行器共面的轨道,也就是要求火箭确保入轨时的升交点经度和轨道倾角精度。由于地球自转和升交点西移,为了确保飞船与目标飞行器轨道共面,神舟八号必须在天宫一号轨道面经过发射点后的一定时间内准时点火起飞,也就是大家讲的“零窗口”发射,否则就需要消耗很多的推进剂来修正两者之间的轨道面偏差。随着载人航天发射场能力的不断提升,我们也能够做到这种精确时刻的发射。
前面说发射是在58分,实际上确切的发射时间是要到临射前4小时才能最终确定。
六、关于载人交会对接飞行的准备情况
按照工程交会对接阶段的任务规划,这次神舟八号为无人飞行,2012年将进行神舟九号、十号飞船与天宫一号的交会对接试验,至少有一次是载人飞行。
神舟八号飞船与神九、神十一样都是按照载人状态设计的,但神八飞船增加配置了两类设备,一种是图像记录设备,它将把这次交会对接过程记录下来,这对于航天员地面训练将会很有帮助;另一种是力学参数测量设备,它将把这次飞船飞行过程的各种力学参数记录下来,这对于评价飞船的载人力学环境是很有意义的。总体上讲,通过这次飞行,可以验证改进后的飞船能否适应载人航天飞行的要求。明年神九是否载人要对此次发射进行评估后确定。
同时,天宫一号也已经为航天员进驻工作生活做好了充分的准备,比如天宫一号上已经装载了航天员太空锻炼设备,以及医学监测和健康维护设备。
目前,执行交会对接任务的航天员乘组已完成了初步选拔,包括2名女航天员在内的航天员乘组,正在按计划开展交会对接任务训练,训练的重点是航天员手控交会对接技术。
七、关于交会对接试验的风险应对情况
空间飞行器交会对接是航天领域公认的技术难关,风险很大,从国际上已经进行的交会对接任务看,早期曾发生过飞行器相撞的事故,近期国际空间站的一些对接任务,也遇到过一些麻烦,并不都是一帆风顺的。两个高速飞行的航天器在空间轨道上准确会合,精度要控制在十几个厘米之内,其难度和风险可想而知。为应对风险,主要采取了以下措施:
一是始终坚持“质量第一、安全至上”的方针,对飞行产品进行了严格的质量把关和测试试验,确保飞行产品高质量,不带任何疑点发射。
二是进行了大量的地面仿真与试验验证。重点是针对最为关键的自主控制系统和对接机构,我们组织了国内顶尖的专家进行了独立的复核,为了验证控制方案和对接机构的性能,建设了国际一流的试验设施、设备,尽可能创造条件模拟太空环境来进行试验验证。
三是制订了较为完备的故障预案,针对交会对接过程中可能出现的故障,制定了近百种故障预案,并进行了反复的合练演练。
针对不同类型的故障,设计了各种安全模式,以应对预案外的故障。比如为防止两飞行器碰撞,设计了飞船撤退和撤离两种主动安全模式。同时,设置了安全控制点,制定了安全判据,以此有效控制风险。
通过上述工作,工程全体对即将实施的神舟八号发射和交会对接任务充满信心。
八、关于中德在神舟八号飞船上开展空间科学实验的相关情况
2008年5月,中国载人航天工程办公室和德国国家宇航中心,签署了中德在神舟八号飞船上开展空间生命科学实验的合作协议,根据这个协议,神舟八号飞船上装载了通用生物培养实验装置,其中德国负责提供生物培养箱,中国负责研制控制设备和与飞船的接口装置,双方科学家将利用这些实验装置合作开展17项空间生命科学实验,其中中方10项、德方6项、联合实验1项,分别进行基础生物学、空间生物技术、先进生命支持系统中的基础生物学,以及空间辐射生物学等4个方面的科学研究,这些合作对于推进微重力科学、空间生命科学领域的研究和技术发展具有重要意义。
此项合作是我国载人航天首次在空间科学应用领域开展的国际合作。随着我国载人航天的不断发展,在后续空间实验室、空间站阶段,我们将继续在相互尊重、平等互利、透明开放原则基础上,与世界各国开展务实合作与积极交流,将与世界各国科学家一起,共同推动世界航天技术的发展,为和平利用太空、造福全人类做出更加积极的贡献。
除了中德合作的这项实验之外,天宫一号上还将开展一系列科学实验和技术试验,主要包括空间对地遥感探测应用试验、空间材料科学实验,以及空间环境和空间物理探测试验等。其中:
空间对地遥感探测是利用装载在天宫一号上的高光谱成像仪,开展在地球资源、环境、水土、农林、海洋等方面的遥感观测应用,将在国民经济建设中发挥作用。
空间材料科学实验主要是安排了复合胶体晶体生长等实验,利用空间微重力环境,为新材料制备和应用提供实验数据。
天宫一号上还将利用带电粒子辐射探测器、轨道大气环境探测器和电离层扰动探测器等设备,针对天宫一号飞行轨道开展空间环境和物理探测。
载人飞行时,天宫一号上还要开展空间站关键技术的验证试验和航天员在轨健康维护和失重防护等航天医学实验。