□□2011年11月3日01：36，神舟－8宇宙飛船和天宮－1目標(biāo)飛行器依靠交會(huì)測(cè)量設(shè)備的引導(dǎo)，利用對(duì)接機(jī)構(gòu)在距地面343km的軌道上首次對(duì)接獲得成功，實(shí)現(xiàn)了2個(gè)飛行器的剛性連接，形成組合體。組合體飛行12天后于11月14日順利進(jìn)行了分離和第2次交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，進(jìn)一步考核了對(duì)接機(jī)構(gòu)的重復(fù)使用性能，以及交會(huì)對(duì)測(cè)量設(shè)備在不同空間環(huán)境下的性能。任務(wù)完成以后，神舟－8于11月16日與天宮-1分離，其返回艙于11月17日19：32安全返回地面。

1 神舟－8亮點(diǎn)多

在我國(guó)首次空間交會(huì)對(duì)接活動(dòng)中，首先于2011年9月29日21：16：03用長(zhǎng)征－2F T1運(yùn)載火箭成功發(fā)射了天宮－1，它在進(jìn)入軌道后陸續(xù)進(jìn)行了變軌控制、在軌測(cè)試和交會(huì)對(duì)接準(zhǔn)備3個(gè)階段。在神舟－8發(fā)射前，天宮－1進(jìn)行了軌道相位調(diào)整，使其進(jìn)入預(yù)定的交會(huì)對(duì)接軌道，等待神舟－8的到來(lái)。2011年10月30日19：34，在北京航天飛行控制中心的精確控制下，天宮－1偏航180°，建立倒飛姿態(tài)，這標(biāo)志著天宮－1已為實(shí)施首次空間交會(huì)對(duì)接做好了準(zhǔn)備。

2011年11月1日05：58：07，我國(guó)又用長(zhǎng)征－2F遙八運(yùn)載火箭在零窗口把作為追蹤飛行器的神舟－8精確送入近地點(diǎn)約200km、遠(yuǎn)地點(diǎn)329km、傾角42°、周期5379s的運(yùn)行軌道，與天宮－1的距離為10000km左右。

神舟－8結(jié)構(gòu)示意圖

神舟－8此行有2個(gè)重要使命，一是突破空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)；二是實(shí)現(xiàn)載人飛船的定型。定型后的“神舟”系列飛船除了能運(yùn)送3名航天員之外，還可以運(yùn)送300kg的貨物上天，帶回50kg載荷，并增加了交會(huì)對(duì)接用的測(cè)量和對(duì)接功能。此前，“神舟”系列飛船都是處于試驗(yàn)狀態(tài)，結(jié)構(gòu)不斷變化和改進(jìn)，而從神舟－8起，“神舟”系列飛船開(kāi)始實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。這不僅可以滿(mǎn)足空間實(shí)驗(yàn)室和空間站的運(yùn)輸需求，提高可靠性，也有利于降低造價(jià)和縮短研制周期。

為適應(yīng)不同階段的任務(wù)變化，“神舟”系列飛船先后有3種技術(shù)狀態(tài)。

一是初期試驗(yàn)技術(shù)狀態(tài)。采用此狀態(tài)的神舟－1～6在飛行時(shí)，為了使飛船的軌道艙留軌進(jìn)行空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，在軌道艙上都安裝有1對(duì)太陽(yáng)電池翼和獨(dú)立的姿態(tài)控制系統(tǒng)，使軌道艙留軌以后具備衛(wèi)星所應(yīng)有的功能，可以作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在軌工作6個(gè)月，這也是我國(guó)的一項(xiàng)創(chuàng)新。為增加空間應(yīng)用試驗(yàn)，有的飛船還在軌道艙前面增加1個(gè)附加段。

二是出艙活動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)狀態(tài)。采用此狀態(tài)的神舟－7的軌道艙除具備生活艙功能外，還具有出艙活動(dòng)用的氣閘艙功能。航天員翟志剛從軌道艙的側(cè)艙門(mén)出艙，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)人的首次太空行走。軌道艙還貯運(yùn)了艙外航天服，配置軌道艙泄復(fù)壓系統(tǒng)、出艙支持設(shè)備和艙外行走扶手，但取消了太陽(yáng)電池翼和姿態(tài)控制系統(tǒng)，不進(jìn)行留軌利用。

三是天地往返運(yùn)輸器技術(shù)狀態(tài)。神舟－8采用此技術(shù)狀態(tài)，用于與天宮－1進(jìn)行交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，并作為天地往返運(yùn)輸器，以后的“神舟”系列飛船也都采用這種技術(shù)狀態(tài)。其特點(diǎn)是軌道艙不再進(jìn)行留軌利用，所以軌道艙上沒(méi)有太陽(yáng)電池翼和姿態(tài)控制系統(tǒng)等設(shè)施，但在軌道艙的前端安裝了用于交會(huì)的測(cè)量、運(yùn)動(dòng)控制等設(shè)備和用于對(duì)接的機(jī)構(gòu)。飛船定型后，其外形、結(jié)構(gòu)、控制服務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)然疽囟紝⒈３植蛔?。但并非每艘飛船都一樣，要根據(jù)不同任務(wù)需求做細(xì)節(jié)改動(dòng)。

神舟－8全長(zhǎng)9m，最大直徑2.8m，起飛質(zhì)量8.1t。它是在試驗(yàn)性飛船基礎(chǔ)上取消了軌道艙附加段和軌道艙留軌功能，而在軌道艙上增加了微波雷達(dá)、激光雷達(dá)和CCD光學(xué)敏感器等交會(huì)測(cè)量設(shè)備，以及主動(dòng)式對(duì)接機(jī)構(gòu)，具備自動(dòng)和手動(dòng)交會(huì)對(duì)接與分離功能，對(duì)接后與天宮－1形成組合體。

神舟－8返回艙內(nèi)的中國(guó)結(jié)（視頻截圖）

整體吊裝神舟－8

精心打造異體同構(gòu)周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)（宿東/攝）

高精度測(cè)量設(shè)備用于測(cè)量神舟－8與天宮－1之間的距離、速度、角度和姿態(tài)，保證對(duì)接時(shí)2個(gè)飛行器的相對(duì)位置誤差不超過(guò)180mm，姿態(tài)誤差不超過(guò)5°。飛船上的光學(xué)系統(tǒng)用于保證在交會(huì)對(duì)接時(shí)能看得更清楚，從而平穩(wěn)對(duì)接。

對(duì)接機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)向板內(nèi)翻式的異體同構(gòu)周邊式構(gòu)型，對(duì)接后可形成直徑0.8m的航天員轉(zhuǎn)移通道。該對(duì)接結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，有118個(gè)傳感器、5個(gè)控制器、上千個(gè)齒輪軸承、18個(gè)電機(jī)和電磁拖動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的零件和緊固件，主要技術(shù)難點(diǎn)有4個(gè)：一是保證2個(gè)飛行器相撞時(shí)“不撞壞、不彈開(kāi)”，軟硬適度；二是保證很多相互矛盾的動(dòng)作（如推拉、合分等）組合在一起具有高可靠度；三是許多復(fù)雜的產(chǎn)品要協(xié)調(diào)安裝于周邊，中間留出人孔通道，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成；四是在地面充分試驗(yàn)、模擬天上微重力情況下的對(duì)接分離過(guò)程。經(jīng)過(guò)攻關(guān)，我國(guó)研制的對(duì)接機(jī)構(gòu)可以適應(yīng)從8.5t的小型空間實(shí)驗(yàn)室到數(shù)百?lài)嵉拇笮涂臻g站各艙段間的對(duì)接，載荷適應(yīng)能力非常高。

與以前的“神舟”系列飛船相比，神舟－8改進(jìn)了航天員手動(dòng)控制設(shè)備，增加了8臺(tái)平移發(fā)動(dòng)機(jī)和4臺(tái)反推發(fā)動(dòng)機(jī)，它們遍布周身，可從各個(gè)角度和方向提供推力，使飛船不僅可以向前運(yùn)動(dòng)，還能平移（包括上下運(yùn)動(dòng)）和后退，用于控制飛船和目標(biāo)飛行器的相對(duì)位置，保證對(duì)接時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行更自由。同時(shí)提供緊急避撞的動(dòng)力，一旦飛船遇險(xiǎn)，可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)返回撤離。

另外，為了提高飛船的性能及安全性、可靠性，對(duì)其部分系統(tǒng)也進(jìn)行了改進(jìn)。比如，飛船在前期可獨(dú)立飛行5～7天的基礎(chǔ)上，具備了與天宮－1以及空間實(shí)驗(yàn)室或空間站對(duì)接后?？?80天的能力；推進(jìn)艙上的太陽(yáng)電池翼發(fā)電能力比此前的“神舟”系列飛船增加了50%；改進(jìn)了降落傘和著陸緩沖系統(tǒng)，提高了安全性和可靠性，以適應(yīng)未來(lái)空間站任務(wù)的要求。例如，對(duì)降落傘薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了加強(qiáng)，而且增加了牽頂傘，使得返回艙的回收能力具有50%以上的余量；同時(shí)降落傘的破損程度與以往相比也明顯降低，進(jìn)一步提高了整個(gè)回收系統(tǒng)的可靠性。

為了安全起見(jiàn)，航天員乘返回艙落地時(shí)要提升其座椅，以便減少落地時(shí)的沖擊力，讓航天員著陸時(shí)感覺(jué)更舒適。這次，對(duì)神舟－8返回艙內(nèi)航天員座椅下的提升裝置進(jìn)行了改進(jìn)，用壓縮空氣取代了燃?xì)猓⑾鄳?yīng)地增加了一套氣源組件系統(tǒng)作為動(dòng)力源。因?yàn)椴捎萌細(xì)庖坏┌l(fā)生泄漏，后果將不堪設(shè)想。壓縮空氣的使用意味著即使發(fā)生泄漏也不會(huì)對(duì)航天員的身體產(chǎn)生任何不利影響。

裝配神舟－8推進(jìn)艙（宿東/攝）

由于交會(huì)對(duì)接對(duì)飛船的控制能力提出了更高的要求，所以神舟－8上配備了運(yùn)算能力更強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，對(duì)控制系統(tǒng)能力進(jìn)行了升級(jí)。為滿(mǎn)足交會(huì)對(duì)接和返回需求，神舟－8此次滿(mǎn)載1t推進(jìn)劑，同時(shí)配備了應(yīng)急電池。

與將于2012年發(fā)射的神舟－9、10一樣，神舟－8也是按照載人狀態(tài)設(shè)計(jì)的，但神舟－8的配置增加了兩類(lèi)設(shè)備，一類(lèi)是圖像記錄設(shè)備，它把這次交會(huì)對(duì)接過(guò)程記錄下來(lái)，這對(duì)于航天員地面訓(xùn)練將會(huì)很有幫助。另一類(lèi)是力學(xué)參數(shù)測(cè)量設(shè)備，它把這次飛船飛行過(guò)程中的各種力學(xué)參數(shù)記錄下來(lái)，這對(duì)于評(píng)價(jià)飛船的載人力學(xué)環(huán)境是很有意義的。通過(guò)此次飛行，可以驗(yàn)證改進(jìn)后的飛船能否適應(yīng)載人航天飛行的要求。

神舟－8艙外新增的攝像機(jī)采用先進(jìn)的壓縮編碼體制和雙路圖像傳輸模式傳輸圖像，大大提高了圖像的傳輸質(zhì)量，保證了畫(huà)面能夠清晰地傳回地面。

通過(guò)這些改進(jìn)和交會(huì)對(duì)接任務(wù)的飛行驗(yàn)證，將逐步形成標(biāo)準(zhǔn)配置、狀態(tài)固化的載人天地往返飛船，為后續(xù)任務(wù)的組批投產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。神舟－8全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，所有單機(jī)設(shè)備均為自主研制?？傊裰郏?的有關(guān)指標(biāo)更加先進(jìn)并趨近甚至趕超國(guó)際一流。

2 其他系統(tǒng)也不凡

神舟－8與天宮－1成功進(jìn)行空間交會(huì)對(duì)接，離不開(kāi)其他系統(tǒng)的鼎力支持。為了完成這次任務(wù)，運(yùn)載火箭系統(tǒng)、測(cè)控通信系統(tǒng)等都進(jìn)行了大量改進(jìn)，并有上佳的表現(xiàn)。

運(yùn)載火箭系統(tǒng)

與以往飛船發(fā)射不同，這次交會(huì)對(duì)接任務(wù)要求神舟－8在零窗口發(fā)射。所謂零窗口發(fā)射是指在預(yù)先計(jì)算好的發(fā)射時(shí)間，分秒不差地將火箭點(diǎn)火升空，不允許有任何延誤與變更。神舟－8發(fā)射的零窗口是根據(jù)發(fā)射前4h天宮－1的軌道參數(shù)來(lái)確定的，目的是將神舟－8發(fā)射到與天宮－1共面的軌道上，也就是要求火箭確保入軌時(shí)的升交點(diǎn)經(jīng)度和軌道傾角精度。由于地球自轉(zhuǎn)和升交點(diǎn)西移，為使神舟－8與天宮－1的軌道共面，神舟－8必須在天宮－1軌道面經(jīng)過(guò)發(fā)射點(diǎn)后的某一時(shí)刻準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火起飛，誤差小于1s，即零窗口發(fā)射，否則就需要消耗很多的推進(jìn)劑來(lái)修正兩者之間的軌道面偏差。實(shí)現(xiàn)零窗口發(fā)射與發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)也有重要關(guān)系。

天宮－1的軌道參數(shù)主要有軌道周期、軌道高度、傾角、近地點(diǎn)俯角、升交點(diǎn)赤經(jīng)和扁心率6項(xiàng)。北京航天飛行測(cè)控中心通過(guò)測(cè)算天宮－1最新的軌道參數(shù)，確定了神舟－8的零窗口發(fā)射時(shí)刻。隨后，對(duì)運(yùn)載火箭系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了精確的設(shè)置。

神舟－6、7的發(fā)射都是采用手動(dòng)點(diǎn)火，而神舟－8的發(fā)射采用自動(dòng)點(diǎn)火，其主要原因有2個(gè)：一是以前自動(dòng)點(diǎn)火設(shè)備的可靠性不是很高，而現(xiàn)在自動(dòng)點(diǎn)火設(shè)備的可靠性提高了；二是如果采用手動(dòng)點(diǎn)火，手的反應(yīng)時(shí)間為1～3s，所以要實(shí)現(xiàn)零窗口準(zhǔn)時(shí)發(fā)射就必須要自動(dòng)點(diǎn)火。其實(shí)，從發(fā)射天宮－1開(kāi)始就采用自動(dòng)點(diǎn)火了，手動(dòng)點(diǎn)火作為補(bǔ)發(fā)備保。雖然天宮－1的發(fā)射有窗口的寬度，即時(shí)間的寬度，但還是瞄準(zhǔn)了前沿來(lái)實(shí)施，做到了準(zhǔn)時(shí)發(fā)射。

組裝長(zhǎng)征－2F遙八運(yùn)載火箭

為了滿(mǎn)足神舟－8精確入軌的要求，在發(fā)射天宮－1的長(zhǎng)征－2F T1火箭的基礎(chǔ)上，發(fā)射神舟－8的長(zhǎng)征－2F遙八運(yùn)載火箭又進(jìn)行了20項(xiàng)改進(jìn)?；鸺诓僮鞒绦颉⒅茖?dǎo)方式和技術(shù)狀態(tài)等方面都進(jìn)行了周密準(zhǔn)備。比如，在操作程序方面，將整流罩的扣罩方式由2次扣罩簡(jiǎn)化為1次。在制導(dǎo)方式方面，由于發(fā)射神舟－8比天宮－1的入軌精度要求更高，因此，采用了迭代制導(dǎo)的方式：發(fā)射天宮－1時(shí)，火箭僅采用固定攝動(dòng)制導(dǎo)方式，讓火箭按照標(biāo)準(zhǔn)彈道飛行；發(fā)射神舟－8時(shí)，火箭采用“攝動(dòng)+迭代”組合制導(dǎo)。迭代制導(dǎo)是一種比固定攝動(dòng)制導(dǎo)更為先進(jìn)的制導(dǎo)方式。采用攝動(dòng)制導(dǎo)可以為火箭飛行指定路線(xiàn)；而采用迭代制導(dǎo)只要為火箭指定目標(biāo)即可，它在火箭沿著軌道飛向預(yù)定目標(biāo)的時(shí)候，通過(guò)實(shí)時(shí)迭代計(jì)算的方式來(lái)不斷修正軌道，不斷逼近目標(biāo)，從而確保實(shí)現(xiàn)最高的軌道精度。

神舟－8與長(zhǎng)征－2F遙八火箭分離示意圖

測(cè)控通信系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)天宮－1與神舟－8的空間交會(huì)，精準(zhǔn)的測(cè)試與定位是關(guān)鍵。由于天宮－1和神舟－8是2個(gè)高速飛行的飛行器，交會(huì)對(duì)接中約束的要素多，所以測(cè)控通信難度高于以往任何一次航天任務(wù)。

為了完成這次任務(wù)，測(cè)控通信系統(tǒng)進(jìn)行了大量改進(jìn)，其中最大的改進(jìn)是天鏈－1的01星和02星正式作為測(cè)控通信系統(tǒng)的組成部分參加此次任務(wù)，它們大大提高了天宮－1與神舟－8的測(cè)控覆蓋率和傳輸速率，提供高達(dá)70%的軌道覆蓋率，以及百兆以上的高數(shù)據(jù)傳輸速率，實(shí)現(xiàn)了地面與飛行器間更長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)通話(huà)和更清晰的視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸。

天宮－1與神舟－8圍繞地球飛行時(shí)，1個(gè)地面測(cè)控站捕獲它們的時(shí)間約為6min，而1顆運(yùn)行在地球靜止軌道的中繼衛(wèi)星可連續(xù)跟蹤它們約50min，實(shí)現(xiàn)約40%的連續(xù)測(cè)控通信覆蓋。2顆中繼衛(wèi)星就使得我國(guó)載人航天測(cè)控通信網(wǎng)的覆蓋率提升到70%。2012年我國(guó)擬發(fā)射天鏈－1的03星，屆時(shí)我國(guó)航天測(cè)控覆蓋率可以達(dá)到100%。

中繼衛(wèi)星是運(yùn)行在地球靜止軌道的航天測(cè)控站，具有覆蓋率高、能實(shí)時(shí)傳輸多類(lèi)型數(shù)據(jù)、進(jìn)行多目標(biāo)測(cè)控通信等優(yōu)勢(shì)。這次，我國(guó)采用單星跟蹤雙目標(biāo)以及雙星接力跟蹤等模式，同時(shí)為天宮－1和神舟－8提供遙測(cè)、遙控、圖像和話(huà)音數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高速傳輸和測(cè)定軌服務(wù)，為交會(huì)對(duì)接的成功提供了有力保障。

航天員系統(tǒng)

在神舟－8上裝了2個(gè)模擬航天員，它們的質(zhì)量均為75kg，按真實(shí)飛行狀態(tài)穿著艙內(nèi)航天服，服裝上安裝有生理信號(hào)測(cè)試盒，內(nèi)有生理信號(hào)主機(jī)，可模擬產(chǎn)生心電、呼吸、體溫和血壓等信號(hào)，經(jīng)采集傳輸后下傳到地面，直至飛船返回。通過(guò)模擬發(fā)出這些信號(hào)，可考核信號(hào)傳輸鏈路是否正常，為下一步載人飛行進(jìn)行驗(yàn)證。模擬航天員在太空運(yùn)行狀態(tài)良好，發(fā)出了生理信號(hào)。

在載人航天飛行中，心電、呼吸、體溫和血壓這四大生理指標(biāo)密切關(guān)系到航天員飛行時(shí)的身體健康，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，供地面醫(yī)監(jiān)醫(yī)生分析。模擬航天員會(huì)24h穿著生理信號(hào)測(cè)試背心，方便地面人員提取指標(biāo)數(shù)據(jù)。

北京飛行控制中心顯示天宮－1與神舟－8交會(huì)對(duì)接示意圖（馮春萍/攝）

隨神舟－8上天的還有航天員應(yīng)急用的航天食品，包括壓縮餅干、牛肉干和水。它們隨飛船返回地球后供試驗(yàn)分析，檢驗(yàn)應(yīng)急食品包能否經(jīng)受飛船振動(dòng)和沖擊的考驗(yàn)，比如包裝袋有無(wú)破損泄漏、食品有無(wú)震碎等。這些食品和以往的“神舟”系列飛船配備的同類(lèi)食品相比，能量密度更高、口感更好，并兼顧了營(yíng)養(yǎng)平衡。食品采用高強(qiáng)度真空包裝，已在地面進(jìn)行了食品的低壓環(huán)境試驗(yàn)。一旦飛船泄漏，艙內(nèi)壓力下降，真空程度變大，應(yīng)急食品要能經(jīng)受低壓考驗(yàn)。

空間應(yīng)用系統(tǒng)

模擬航天員

神舟－8搭載了17項(xiàng)中德空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中中方10項(xiàng)、德方6項(xiàng)、中德合作1項(xiàng)，這是我國(guó)第1次在載人航天領(lǐng)域開(kāi)展國(guó)際合作。這17項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可以分為4類(lèi)，分別是基礎(chǔ)生物學(xué)、空間生物技術(shù)、空間輻射生物學(xué)和先進(jìn)生命支持系統(tǒng)中的生物學(xué)問(wèn)題，涉及植物、動(dòng)物、微生物和水生生物，都是跟蹤國(guó)際前沿的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其中，德方開(kāi)展的項(xiàng)目包括纖細(xì)裸藻對(duì)微重力的分子適應(yīng)性研究、人類(lèi)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞在微重力情況下的分化研究等。開(kāi)展空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)，主要是利用飛船在軌飛行的微重力效應(yīng)和輻射效應(yīng)?！?/p>

11月17日19：32，神舟-8返回艙在內(nèi)蒙古四子王旗著陸