神舟八号,叩开空间站时代的大门
时间：2020-12-10 11:32:48 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
神舟八号无人飞行器，是中国“神舟”系列飞船的第八个，也是中国神舟系列飞船进入批量生产的代表。神八于2011年11月1日5时58分10秒由改进型“长征二号”F遥八火箭顺利发射升空。升空后，“神八”与此前发射的“天宫一号”实现交会对接，并将和此后的神舟九号、十号一起组成中国首个空间实验室。11月16日18时30分，神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器成功分离，返回舱于11月17日19时许返回地面。
“神八”结构 展现航空技术上的跨进
神舟八号飞船为三舱结构，由轨道舱、返回舱和推进舱组成。飞船轨道舱前端安装自动式对接机构，具备自动和手动交会对接与分离功能。神舟八号将基本成为我国的标准型空间渡船，未来实现批量生产。
“神八”为改进型飞船，全长9米，最大直径2.8米，起飞质量8130公斤。 发射神舟八号飞船的改进型“长征二号”F遥八火箭，全长58.3米，起飞质量497吨，运载能力为8130公斤。中德两国科学家将在神八上开展17项空间生命科学实验。与以往飞船发射不同，这次交会对接任务要求飞船“零窗口”发射。
神舟八号飞船在前期飞船的基础上，进行了较大的技术改进，全船一共有600多台套的设备，一半以上发生了技术状态的变化，在这中间，新研制的设备、新增加的设备就占了15%，主要变化是两个方面：具备了自动和手动交会对接功能，为此新增加和改进了一些设备。比如新研制了异体同构周边式构型和多种交会对接测量设备，用于交会对接自主控制的飞行软件、控制软件，也是全新设计和研发的。为了满足交会对接的任务，飞船上增加配置了平移和反推发动机。同时，航天员的手动控制设备也进行了改进。
现在的飞船在前期具备57天自主飞行的能力基础上，已具备停靠180天的能力。神舟八号飞船电源帆板因为采用了新的太阳电池片，发电能力提高了50%。飞船的降落伞系统和着陆缓冲系统也进行了技术上的改进，提高了使用的可靠性。
多方位的要求 保障“神八”发射
可靠性
两个或两个以上的航天器通过轨道参数的协调，在同一时间到达太空同一位置的过程称为交会，在交会的基础上，通过专门的对接机构将两个航天器连接成一个整体。形象地说就是要两个飞行器“撞得上，弹不开，撞不坏”。然而，两个高速飞行的航天器在空间轨道上要实现准确会合，同时精度需控制在十几厘米之内，其难度和风险可想而知。因此，可靠性成为交会对接最基本的要求之一。
无论是飞船本身还是运载火箭，为了实现更高的可靠性，都做了较大改进。如前面已经提到的现在的飞船在前期具备57天自主飞行的能力基础上，已具备停靠180天的能力。飞船电源发电能力提高了50%。还有，对降落伞系统和着陆缓冲系统也进行了技术上的改进。
零窗口要求
执行过发射任务的人都知道，发射时刻有一个时间段，如果在发射前出现问题需要推迟，发射时间可以顺延。这意味着在这个区间内的任何一个时间点内发射，都能满足发射要求。此次“神舟八号”肩负对接使命，为了与“天宫一号”实现精确对接，提出了“零窗口”的发射要求。这意味着火箭在当天的发射时间只有“一秒”的机会，“天宫一号”在宇宙中以每秒7.8公里的第一宇宙速度在做相对运动，这意味着错过一秒，“天宫一号”就已经在天上了“前进”了7.8公里，“神舟八号”要通过消耗自身燃料去追赶目标飞行器。因此，“零窗口”发射尤为重要。
载人技术验证
神舟八号虽然是无人飞行，但这次飞行将对未来的载人任务进行充分的技术验证和准备。它与“神九”、“神十”一样，都是按照载人要求设计的。“神八”上增加配置了图像记录设备和力学参数测量设备，能够记录下交会对接过程和飞船在飞行过程中的各种力学参数，有助于航天员地面训练和评价飞船的载人力学环境。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。
这次“神八”将有形体假人随之上天，相关科学实验数据为明年即将和天宫一号进行交会对接的载人飞船提供佐证。有关专家强调指出，只有神舟八号返回舱返回地面才能叫圆满完成任务。若不能安全返回，对今后飞船是否载人会造成影响。
中外合作
据介绍，涵盖微生物、植物和动物等33种生物样品将装在40个有光照的容器中，随神舟八号飞船遨游太空。此次在飞船上进行的空间生命科学研究最大的亮点在于是中外首次合作。
2011年10月30日，中国科学院空间科学与应用总体部总体室主任设计师赵黎平介绍，2008年5月中德双方签订了《关于在神舟八号飞船上使用德国培养装置进行空间生命科学实验的协议书》，明确了双方的合作形式、分工以及重要的计划节点。由德方提供生物培养箱，中方负责电源箱，开展17项生命科学实验项目。其中，中方10项，德方6项，中德合作1项，涉及中方7家单位，德方6个大学。
对接天宫
神舟八号与天宫一号对接，组装成空间站雏形，空间交会主要有四大步骤。
地面引导——即两个航天器都上天入轨后，通过地面测控站的引导，逐渐缩短相互之间距离。
自动寻找——在相距100公里时，“神舟八号”开始捕捉“天宫一号”，这是一个自动追踪、捕捉的过程，让“神八”通过几次变轨，缩短与天宫的距离。
最终逼近——当二者相距在100米到1米之间时，不仅要控制好相互间的距离、速度和姿态，还必须保持在每秒1米的相对速度内，以准备对接。
对接合拢——这时两个庞大的飞行器，在太空相距仅几十厘米，相对速度约每秒0.1米，横向相对误差不超过18厘米，才能严丝合缝地连为一体。
整个对接过程必须保证接合平稳，不能剧烈摇晃从而影响在轨飞行器的姿态。对接时两个飞行器在空中都是超高速飞行状态，虽然对接时相对速度不大，但要在充斥着高密度等离子体、游离氧及紫外线等的复杂空间环境中，实现两个活动体间的精确对接，难度依然很高。
据北京飞控中心总体室工程师陈翔介绍，甘肃、陕西两地测站分布比较密集，属于搭界弧段，可实现测控全可见。同时，甘陕两地又处于天链01星和天链02星两颗中继卫星的覆盖地段，能够保证神舟八号和天宫一号从相距140米的停泊点，到最终的靠拢锁紧阶段，整个过程都在我国观测范围内。
由于轨道运行原因，第一次交会对接的整个过程正好处于夜间，即太阳光无法照射的阴影区，肉眼很难看到，只能通过专业手段进行观测。第二次交会对接处于白天，其实现位置基本上也处于我国甘肃、陕西上空。
11月14日，神舟八号迎来第一次太空分离、第二次太空交会对接任务。而为了充分验证测量设备的抗干扰能力，二次对接采取了在光照区举行。
因此，可以说第二次交会对接必须做到：分得开，控得住，对得上。“神八”飞船和天宫一号目标飞行器首先要成功分离，然后要保持正确的飞行姿态，以确保相对导航设备工作正常。对得上的最大难点是第二次交会对接的空间条件不同，由地球的阴影区转换成在地球的光照区进行，强阳光可能会对交会对接测量设备造成干扰。
另外，关于对接的姿势，在二次交会对接前，神舟八号与天宫一号的组合体要重新进行转向180度，转回天宫在前、飞船在后的运行状态。而之前11月3日第一次交会对接则是采用飞船在前、天宫在后的姿态。
二次交会对接前飞船的分离形态，与二次交会对接后飞船最终撤离天宫的方式也不相同。二次交会对接前，组合体进行180度调头，飞船正飞分开。而最终撤离返回的时候，组合体不再调头，飞船采取倒飞撤离，即直接从前面撤离。
