《学科前沿总结报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学科前沿总结报告（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、北京理工大学学科前沿发展动态总结报告杨征然 20080849 021308082班 2011/10/30 学科前沿发展动态总结报告“天宫一号”伟大工程经过本学期学科前沿发展动态这门课程的学习，让我开阔了眼界，了解了众多航空航天方面的先进技术和最新科研成果，让我受益颇多。经过各专业带头人给我们悉心讲述他们所从事的领域知识，让我们对学院的发展包括自己专业的前景有了更清晰的认识，更加坚定了我今后要在这个领域里认认真真的工作的信念。在众多的科研成果中，让我感触最深的还是最近的“天宫一号”目标飞行器的成功发射， 它的发射标志着中国迈入中国航天 “三步走”战略的第二步第二阶段。在本学期的其他课程中对“天宫
2、一号” 目标飞行器的发射和对接也有所涉及。所以，我就来谈谈“天宫一号”目标飞行器吧。一、飞行器简介天宫一号（ Tiangong-1或 Heavenly Palace 1）是中国首个目标飞行器，于2011 年 9 月 29 日 21 时 16 分 3 秒在酒泉卫星发射中心发射，由长征二号FT1 火箭运载，火箭全长52 米，运载能力为 8.6 吨。天宫一号设计在轨寿命两年。由于天宫一号是空间交会对接试验中的被动目标，所以叫“目标飞行器”（Target spacecraft，天宫一号的主要任务之一即为实施空间交会对接试验提供目标飞行器）。而之后发射的神舟系列飞船，将称作“追踪飞行器”，入轨后主动接近
3、目标飞行器。天宫一号的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段 （即掌握空间交会对接技术及建立空间实验室）；同时也是中国空间站的起点，标志着我国已经拥有建立初步空间站，即短期无人照料的空间站的能力。据相关专家透露，天宫一号在寿命末期，将主动离轨，陨落南太平洋。二、方案命名天宫一号的任务方案早在1992 年国家制订中国载人航天“三步走”战略时就已确定。2002 年，在进行了方案论证和审查后，天宫一号目标飞行器整个任务方案得到通过。但天宫一号还尚未定名，只是称为“目标飞行器”，缩写：MB 。2006 年，天宫一号进入初样研制阶段，并命名为“天宫一号”，缩写：TG 。命名可能根据以下
4、几点：第一，“天宫”是中华民族对未知太空的通俗叫法，如西游记中的孙悟空大闹天宫。拥有民族气息。第二，“天宫”即“天上宫殿”，也容易和“空间实验室”，“空间站”这些概念联系起来。第三，天宫一号的目标中有“初步建立载人空间实验平台”一条，因此“天宫”也有让航天员在“太空中生活得舒服“ 这一层含义。（但需注明，天宫一号是“载人空间实验平台”，或被称作“空间实验室”，并不是空间站。中国真正意义上的空间站将在 2020 年左右建设完成，天宫一号可以称作是相关计划的“起点”）三、组成结构天宫一号目标飞行器是载人航天器，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和上海航天技术研究院研制。高 10.4米、重
5、 8.5 吨，分为实验舱和资源舱，舱体的最大直径达3.35米。与之前的载人航天器相比，天宫一号为航天员提供的可活动空间大大拓展， 达 15 立方米， 能够同时满足3 名航天员工作和生活的需要。实验舱前端装有被动式对接结构，可与追踪飞行器进行对接。1.资源舱资源舱的主要任务是为天宫一号的飞行提供能源保障，并控制飞行姿态。 天宫一号的电源分系统的所有设备（太阳能电池翼）都在资源舱内，并包括了为飞行器提供能量的燃料。天宫一号的导航与制导系统中6 个控制力矩陀螺也在资源舱内。导航与制导系统的用途是在天宫一号与追踪飞行器进行对接之际负责寻找目标，而控制力矩陀螺则会对天宫一号进行精确的姿态控制。2.实验舱
6、实验舱主要负责航天员工作、训练及生活， 是全密封的环境，对接完成后航天员进舱进行工作、训练，一些必要的生活活动、睡眠等也都在这里进行。内设睡眠区（包括航天员睡眠所用的睡袋）以及使航天员保持骨骼强健的健身区11。3.生命保障系统先前的神州飞船由于是为短期载人空间的活动服务，航天员所需氧气、水和食物等均为直接从地面携带。而由于今后的空间站因为要进行长时间的载人空间活动，因此采用的是再生式的生命保障系统，航天员所需氧气和水要在站内再生循环利用，减少地面补给。生命保障系统于2011 年 9 月 30 日启动。四、发射计划根据规划，中国已在2011 年发射“天宫一号”目标飞行器。“天宫一号”实际上是空间
7、实验室的实验版，采用两舱构型，分别为实验舱和资源舱。之后，再发射“神舟八号”。“神八”是一艘无人的神舟飞船，与“天宫一号”进行无人自动对接试验。2015 年前，再陆续发射“天宫二号”、“天宫三号”两个空间实验室。“天宫二号”将主要开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、 空间技术和航天医学等领域的应用和试验。“天宫三号”将主要完成验证再生生保关键技术试验、航天员中期在轨驻留、货运飞船在轨试验等，还将开展部分空间科学和航天医学试验。目前我国的火箭最大运载能力只有10 吨，不仅无法将体积更大、重量更重的空间实验室发射升空，也满足不了空间实验室在运行期间所需大量物资的运输要求。在后续的发射中
8、，将采用新一代大推力长征5 号火箭。长征5 号火箭的运载能力可达25 吨，基本与国际上的顶级水平相当，可以满足在低轨道发射空间实验室的需要。人类目前载人航天活动的终极目的，是将实验室搬上太空，利用太空微重力高真空的独特环境，开展地面无法进行的生命科学、材料科学等实验，从而为人类造。五、主要任务第一，天宫一号目标飞行器作为交会对接的目标，与神舟八号配合完成空间交会对接飞行试验。第二，保障航天员在轨短期驻留期间的生活和工作，保证航天员安全。第三，开展空间应用（包括空间环境和空间物理探测等）、空间科学实验、航天医学实验和空间战技术实验。第四，初步建立短期载人、长期无人独立可靠运行的空间实验平台，为建
9、造空间站积累经验。六、首次变轨2011 年 9 月 29 日晚，九常委观看“天宫一号”升空在轨测试持续 7 至 10 天，“天宫一号” 2011 年 9 月 30 日凌晨第一次变轨，将进行分系统测试；11 月初迎接神舟八号到来2011 年 9 月 29 日晚 9 时 25 分，天宫一号进入近地点约200公里，远地点346.9 公里，轨道倾角为42.75 度，周期 5382 秒的运行轨道。2011 年 9 月 29 日晚 9 时 39 分， 载人航天工程总指挥、总装备部部长常万全宣布：天宫一号目标飞行器发射圆满成功。2011 年 9 月 29 日晚 9 时许，胡锦涛、吴邦国、贾庆林、李长春、李克
10、强、等来到北京航天飞行控制中心，听取有关汇报，观看“天宫一号”目标飞行器发射实况；温家宝、贺国强等在酒泉卫星发射中心的试验指挥楼平台上，现场观看发射。在轨测试持续7 至 10 天北京航天飞行控制中心的工作人员介绍，2011 年 9 月 30 日晚凌晨 1 时 58 分，进行到第4 圈时它有一个变轨。未来24 小时内它会两次“抬腿”，就像我们迈台阶一样，抬高其运行轨道，目的是希望它能够达到一个最舒服的状态。北京航天飞行控制中心主任陈宏敏介绍，北京飞控中心将对天宫一号的对接机构等分系统进行测试，确保满足交会对接要求。这一阶段预计持续7 至10 天。陈宏敏介绍，在神舟八号发射之前20 天，北京飞控中
11、心将通过 3 至 4 次轨道控制，对天宫一号进行轨道相位调整，使其进入预定的交会对接轨道，等待神舟八号到来。“神八”将在2011 年 11 月初发射。据目前公布的消息，神舟八号将在即11 月初发射， 与天宫一号对接。“神八入轨后2 天内，完成天宫一号变轨示意图与天宫一号首次交会对接形成组合体。组合体飞行约12 天，择机第二次交会对接. 组合体运行结束后，飞船于1 天内返回中国载人期试验航天工程发言人武平说。按照任务规划， 2012 年前，将通过神舟九号、十号飞船与天宫一号的交会对接实验，突破掌握无人和载人交会对接技术。神舟九号是否载人在神舟八号飞行后再综合评估决策，神舟十号按目前的计划是载人飞
12、行。七、交会对接1.对接介绍“空间交会对接”，简称“交会对接”，是建立空间站最基本最关键的技术，其原理是通过轨道参数的协调，让两个或两个以上的航天器在同一时间到达太空同一位置，然后再通过专门的对接机构将其连为一个整体。交会对接根据航天员介入的程度和智能控制水平可分为手控、遥控和自主三种方式。具体的方法一般是先将目标飞行器发射入轨并精确测定其运行轨道，当其飞经待发飞行器发射场上空时，通过择机发射使后者与前者运行在相同的轨道上，并且将距离控制一定范围内，随后再依靠飞行器本身的机动能力让两者逐渐连为一体。空间交会对接技术难度很大，因为空间实验室体积都比较大，发射空间实验室的时候是不载人的，人是后来通
13、过航天飞机或者飞船送上去的。人要进入到空间实验室，航天飞机或飞船就必须和空间实验室对接起来。这个难度很大，在太空中的空间实验室和航天飞机都是高速运行的，时速到达28000 公里以上，在对接过程中，如果计算不准，就可能发生飞船相撞事故。空间交会对接控制方法有两种，一种是人工控制、另一种是自动控制。用人工控制来完成太空交会对接可以提高交会对接的成功率。自动控制交会对接可靠性特别高，不需考虑人员的安全和救生问题。在航天器的交会对接技术方面，未来的发展趋势是人工控制和自动控制相结合，以提高交会对接的灵活性、可靠性和成功率。2.对接过程中国在神八、神九、神十任务中，将突破无人与有人飞船对接技术，并建设首
14、个名为“天宫一号”的空间实验室。这是载人航天工程副总指挥、神七任务总指挥部副总指挥长张建启在接受中国载人航天工程网专访时透露的。“天宫一号”之后，将发射“神八”、“神九”、“神十”与之对接。 关于对接类型， 张建启说， “神八”肯定是无人对接，有人对接是“神九”还是“神十”，主要看“神八”交会对接是否顺利，只有3 次对接成功，第二步战略目标才能全部达到。“交会对接”成功无疑是达成战略目标的关键，而这是举世公认的航天技术瓶颈，在国外载人航天活动早期，航天器在空间交会对接过程中就曾失败。比如，俄罗斯“进步M3-4”飞船与“和平”号空间站在对接过程中“相撞”。对于我国的交会对接技术实力，神舟飞船原总
15、设计师戚发轫说，“神舟”系列飞船从“神舟”八号开始有了许多技术改进，成为一种崭新的天地往返飞行器。其中，交会对接功能是其最主要的特色，航天员可以根据电视图像操纵飞船，使其紧跟目标飞行器。3.首次对接2011 年 11 月 1 日 5时 58 分 10 秒神舟八号飞船发射升空后，3 日 1 时 43 分起用了不到10 分钟，与天宫一号在近地轨道成功对接。 40 多年，中国实现了从发射第一颗人造卫星到开展深空探索。“天宫一号”目标飞行器与“神舟八号”飞船3 日凌晨在太空成功实现首次交会对接，正在法国戛纳出席二十国集团领导人第六次峰会的中共中央总书记、国家主席、中央军委主席胡锦涛闻讯后，第一时间发来
16、贺电。4.二次对接2011 年 11 月 13 日 22 时 37 分，天宫一号与神舟八号组合体调头倒飞，为今晚在阳光下进行第二次交会对接做好准备。截至 13 日 22 时，组合体已在距地面高度约343 公里的近圆轨道运行了10 天 20 小时。 13 日 22 时 37 分，这对伴侣一起在太空调了个头，完成偏航180 度，建立倒飞姿态。此前组合体的飞行状态，是天宫在后，飞船在前，由天宫控制组合体运行。因此在二次对接前，组合体要首先转身，让“神八”正飞，天宫的对接机构朝后，这样就与首次交会对接一致。这次太空转身，由“天宫”控制进行。但组合体并未启动发动机，而是依靠陀螺动量轮，就完成了转身，尽可能减少对轨道的扰动。在第二次交接前，天宫和神八首先需分离，这也是对组合体分离技术的首次考验。交会对接要成功，就要分得开，控得住，对得上，“分得开”成为第二次交会对接成功的关键。在分离基础上，要保持正确的飞行姿态，确保相对导航设备工作正常。分离后，“神八”将撤离至140 米停泊点，而后再逐步接近天宫，最终实现二次交会对接。八、社会关注1.国家方面2011 年 9 月 29
