神舟八号

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神舟八号无人飞船,是中国“神舟”系列飞船的第八艘飞船,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2天,“神八”与此前发射的“天宫一号”目标飞行器进行了空间交会对接。组合体运行12天后,神舟八号飞船脱离天宫一号并再次与之进行交会对接试验,这标志着我国已经成功突破了空间交会对接及组合体运行等一系列关键技术。2011年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。

 

神八简介

        神舟八号是中国神舟系列飞船的第八个,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。神舟八号为改进型飞船,全长9米,最大直径2.8米,起飞质量8082公斤。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%。它发射升空后,与天宫一号对接,成为一座小型空间站。

 

  中国工程院院士、原“神舟”号飞船总设计师戚发轫透露,在中国的载人航天“三步走”计划中,中国最终要建设的是一个基本型空间站,它的规模不会超过现有的“和平号”或国际空间站。

  戚发轫院士介绍,基本型空间站大致包括一个核心舱、一架货运飞船、一架载人飞船和两个用于实验等功能的其他舱,总重量在100吨以下。其中的核心舱需长期有人驻守,能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。具备了20吨以上运载能力的火箭,才有资格发射核心舱。为此,我国将在海南文昌新建继酒泉、太原、西昌之后的第四个航天发射场,主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。同时,我国还将在天津新建总装场。

  飞船结构

  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。

  构造参数

  “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。

  技术特点

神舟八号结构示意图

  神舟八号结构示意图

  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。

天宫对接

        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。
交会对接示意图

  交会对接示意图

  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。

  自动寻的——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。

  对接时间

  2011年11月3日凌晨进行第一次交会对接后,天宫一号与神舟八号组合飞行12天之后,第二次交会对接在11月14日进行。第二次交会对接飞行2天之后,16日,神八将第二次撤离天宫一号,17日返回地面。

  对接地点

  神舟八号与天宫一号于2011年11月3日凌晨1时30分时在我国甘肃、陕西上空进行对接。

  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。据介绍,预计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。

神八发射意义

           神八的成功发射并与天宫一号实现对接,标志着中国已经初步掌握空间交会对接能力,拥有建设简易空间实验室,即短期无人照料的空间站的能力。

神八发射

  2011年11月1日清晨5时58分10秒,中国“长征二号F18”运载火箭在酒泉卫星发射中心载人航天发射场点火发射,火箭飞行583秒后,将“神舟八号”飞船成功送入近地点200公里、远地点330公里的预定轨道。

  中国载人航天工程总指挥常万全随后在酒泉卫星发射中心宣布,“神舟八号”飞船发射圆满成功。

  “神舟八号”飞船具备自动和手动交会对接功能,发射升空后将与正在轨稳定运行的“天宫一号”目标飞行器进行交会对接,实施中国载人航天首次空间交会对接任务。天宫一号的学名叫“目标飞行器”,因为,其后发射的几艘神舟飞船将与它进行对接,完善航空器交汇对接技术。用专业人士的话说,“天宫一号”既是一个空间交会对接的目标飞行器,又是一个简易的空间实验室,中国准备利用这个平台,要进行空间实验室的有关技术试验。“长征二号F”遥八运载火箭在“长征二号F”火箭基础上进行多项改进,具有运载能力更高、入轨精度更高、可靠性更高等特点。

  此次“神舟八号”飞船发射,是中国“长征”系列运载火箭第149次航天飞行。

神八返回

         

  概要

  中国载人航天工程新闻发言人2011年11月16日宣布,神舟八号飞船返回舱将于17日19时许返回地面。

  2011年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。完成返回前状态检查测试和一系列准备工作后,北京航天飞行控制中心将于17日对飞船实施返回控制。

  目前主着陆场区准备就绪,气象条件符合飞船返回。17日飞船回收当天“窗口”,无小雪,雷暴、沙尘暴等恶劣天气,地面风力4-6米/秒,满足飞船着陆气象条件。[9]

  神舟八号飞船于19点32分30秒平稳着陆,顺利回归到祖国怀抱。

  特点

  神八任务与神六、神七相比,虽然不载人,但是任务工作量增加了,工作标准提高了。主要体现在以下几个方面:

  一是应急待命时间增加。应急待命时间取决于飞船在轨时间,神六在轨运行了5天,神七在轨运行了3天,神八在轨运行17天。按照任务要求,在飞船运行过程中,着陆场每天都要处于回收待命准备状态。

  二是搜索回收区域扩大。按照总体方案要求,飞船每天都有回收的可能性。由于回收的着陆点不同,所以搜索区域就变大了。

  三是搜索回收时间要求缩短。神七回收时在正常情况下搜索时间要求是6小时,现在提高到2.5小时。

  四是夜间搜索回收难度增加。夜间搜索和白天完全不同。通过演练发现,夜间漆黑一片,伸手不见五指,直升机起飞、降落、返回舱寻找都具有一定难度。

  五是飞船的有效载荷回收转运要求严格。返回舱的有效载荷是中德合作研制的通用生物培养装置,里面有许多微生物,对环境、温度有要求,必须在返回后第一时间送到北京处理。

  过程

  返回舱回收过程主要包括四个阶段。

  (1)跟踪测量阶段

神八返回模拟图

  神八返回模拟图

  按照飞船的飞行程序[10],当飞船制动发动机点火26分钟后,返回舱就会飞到着陆场上空,白云鄂博场区的雷达首先捕获目标,并对其弹道进行测量,引导后续测控设备跟踪。位于大庙场区的USB设备随后跟踪,同时接收飞船遥测数据并向飞船发出遥控指令。在主伞打开后,利用光学设备拍摄飞船降落全过程。

  (2)搜索寻找阶段

  按照程序,飞船落地前直升机就起飞到待命空域,利用直升机上装备的定向设备接收飞船发射的信号,确认飞船的位置。由于是夜间搜索飞行,直升机在到达返回舱地点上空后,需要持续一段时间对返回舱的状态、姿态,以及现场地形进行确认,随后指挥直升机首先在附近选择合适的地方降落,并指挥其他直升机降落。

  (3)现场处置阶段

  此时地面分队陆续赶到,按照工作流程对返回舱进行处置,主要包括外观检查、舱内气体检测、微生物检测、有效载荷的拆卸。

  (4)回收转运阶段

  将有效载荷快速运到中科院,将返回舱运到呼市火车站再到北京交给有关单位。

 

 

 

 
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