解密“天宫一号”科技

“天宫一号”将对地球光谱探测，可测渤海漏油面积

载人航天工程空间应用系统副总设计师张善从表示，“天宫一号”将安排开展空间材料科学、空间环境探测和对地观测三个方面的空间科学实验。在对地观测方面，“天宫一号”将实验一种高分辨率光谱相机，实现对地球进行光谱探测。

据介绍，这次“天宫一号”对地观测将首次实验短波红外光谱仪探测，“天宫一号”上使用的对地观测设备与遥感系列卫星星载对地观测设备不同，后者使用的技术与设备都具有较高的成熟度，可直接应用；前者则注重实验性质，实验成功后观测设备才会用于卫星使用。

张善从介绍，比如最近渤海漏油事件，普通的相机看不出来海面的变化情况，通过光谱仪可探测石油泄漏影响的海域面积，以及对海洋生态环境的破坏情况等。

据悉，这种光谱相机是国内第一种短波红外光谱探测设备，也是目前国内空间分辨率最高的一种设备，其空间分辨率最高将达到10米，而国外同类型仪器的空间分辨率都是百米量级的，甚至有1000米量级的。

我国陆海天基测控网首次携手，为“天宫一号”保驾护航

从北京跟踪与通信技术研究所获悉，我国自行设计、研制和建设的陆海天基三位一体载人航天测控通信网，第一次正式携手为“天宫一号”及后续空间交会对接任务保驾护航。中继卫星的加入，使“天宫一号”测控覆盖率大幅提升。

针对任务要求，科研人员在原来测控通信网的基础上进行了多项技术创新和调整，新建了澳大利亚当加拉测控站；与巴西阿尔坎特拉和法国奥赛盖尔、凯尔盖朗3个测控站进行了国际联网；对北京航天飞控中心重新设计和布局，新建了第二指挥厅；开发研制出交会对接任务飞控软件，满足了双目标协同管理要求。

海上测控力量由远望三号、远望五号和远望六号远洋测量船承担。考虑到后续载人航天任务高频度发射特点，系统进行总体方案设计时，以保证交会对接重点测控弧段为基本原则安排船位，远望五号船布设在日本以南海域，完成入轨和刚性对接段测控任务，远望六号船布设在新西兰以东海域，完成第5圈变轨测控任务。

中继卫星被称为“卫星的卫星”，是航天器在太空运行的数据“中转站”，可为中、低轨资源卫星提供数据中继服务。“天宫一号”和后续将要实施的空间交会对接任务中，我国中继卫星系统正式作为陆海天基三位一体载人航天测控通信网的组成部分发挥重要作用。两颗中继卫星天链一号01、02星的加入，将提供三分之二以上的轨道覆盖率和百兆以上的高数据传输速率，使我国载人航天测控通信网的整体能力显著提高。

仪表控制器应用软件为“天宫一号”,打造超级智囊

“天宫一号”目标飞行器被送入预定轨道后，仪表控制器应用软件就正式开始运行。中国航天科技集团公司五院西安分院技术专家介绍，“天宫一号”仪表控制器应用软件是按载人飞行的要求设计的，在后续的载人飞行中，航天员可以通过仪表控制器这样一个人机界面实现对整个目标飞行器的全盘掌控，不仅可以直接获取飞行器所有分系统的技术指标，而且可以掌握飞行器的运行姿态。

“天宫一号”的人机界面完全是按照载人的状态来设计的，在未来的载人飞行中，航天员在太空可以借助仪表控制器应用软件进行短信息编辑和收发电子邮件。如果有一些比较重要的文字和图像资料需要在飞行器与地面之间进行交换，那么航天员可以通过电子邮件与地面进行信息交流。而这些界面与地面互联网的电子邮件系统一样智能，可以直接输入文字，并可以添加8兆以内的附件，可传递大量的数据信息。

为确保软件在轨期间的稳定运行，西安分院的设计师通过对软件进行优化设计实现了在地面对软件进行更新，这样可以有效地确保软件的升级，也可以确保航天员的超级智囊增加新的功能。由于仪表控制器软件是未来航天员观测飞行器整体状况的主界面，软件运行的稳定也可以在一定程度上确保航天员的安全。

攻克“天宫一号”在轨，长寿命技术难关

“天宫一号”的使用寿命要达到两年，这对研制团队来说无疑是个挑战。对此，中国航天科技集团公司空间技术研究院载人航天总体部型号主管设计师李兴乾表示，研究团队已提前做足准备，攻克了飞行器在轨长寿命的技术难关。

据介绍，为防止“天宫一号”发射升空时所携带的资源如气体等外泄影响航天员的使用，科研人员在研制中对舱体密封性提出很高要求。李兴乾说，这使“天宫一号”所携带资源泄漏的可能性微乎其微，同时也携带足够的气源进行泄漏补偿，不会影响航天员的正常使用。“‘天宫一号’舱体密封性很好，所携带的资源足以供应航天员工作和实验时的需要。”

“天宫一号”里的500余台大小设备对其在轨运行十分关键，在太空中，这些设备一旦出现故障该怎么办？李兴乾说：“我们设计时已做了充分的地面试验，有的设备试验次数达万次以上，就是为了提高设备的可靠性。”

他透露，研制人员经过大量试验，在参考同类设备实际飞行结果数据的基础上，针对各种可能出现的故障提前制定了几百种预案，从系统、到分系统、到单机，各级、各层面上都做了备份，保证“天宫一号”身体各部件的正常运转。

“在一些关键设备的控制上，我们还设计了‘双保险’，比如无人期间设备自动控制，有人时还可以让航天员参与进行人工控制。”李兴乾补充道。

“天宫一号”中有人时的生活丰富多彩，无人时也并不“寂寞”，除了进行空间探测等试验外，它还要时刻对太空中随时可能遇到的危险保持高度警惕。太空垃圾就是其可能遇到的危险之一。由于它们和航天器之间的相对速度很大，一般为每秒几千米至每秒几十千米，因此，即使轻微碰撞，也会造成航天器的重大损坏。

李兴乾指出，研制人员在“天宫一号”舱体上设计了特殊防护装置，较小的太空垃圾几乎不会对飞行器造成多大影响；遇到体积较大的太空垃圾时，“天宫一号”会启动预警机制，躲开危险物以保证安全。

太空环境千变万化，太阳因能量增加向空间释放大量带电高速粒子流就是太阳风暴，强烈太阳风暴会使航天器受到干扰。这两年是太阳活动高峰年，研制人员预计到“天宫一号”将会遭遇太阳风暴的影响，致使其轨道的衰减速度加快，进而影响下次与飞船的交会对接。

李兴乾说，研制人员适时会利用地面控制系统，启动“天宫一号”上的推进器将自身往高处托举，使之维持在要求的轨道高度。即使不发生太阳风暴，“天宫一号”在太空中运行的轨道高度也不是一成不变的。李兴乾说，在与飞船交会对接时，它会飞得低一些，大约距离大气层340公里；无人期间则会飞得高一些，约370公里，因为越高的地方空气密度越小，轨道衰减少，更加节约能源。

“天宫一号”航天员生命保障系统,开始自主运行

从中国航天员中心获悉，“天宫一号”的环境控制和生命保障系统已经启动，转入自主运行状态，航天员进入“天宫”前将建立载人环境。

我国载人航天工程环控生保系统专家李英斌在接受采访时说，人在太空生存，必须要依靠航天器提供适宜的氧气、湿度、温度和压力等条件。尽管历次神舟任务已在这方面积累了成熟经验，但 “天宫一号”任务仍然提出了巨大挑战，特别是很多产品要长期耐受温湿度、振动冲击、真空低压、失重等多种特殊环境考验。

李英斌说，这次任务提出了严苛的舱内微生物指标和可吸入颗粒物指标要求，为此，他们专门研制了微量有害气体净化装置，采取综合手段对舱内气体高效净化。此外，还首次带入了微生物净化装置，为航天员打造高度洁净的环境。

据介绍，水汽会引起电器设备受潮短路，人在潮湿的环境中也不舒服。因此，“天宫一号”还有专门的储箱回收人体呼吸、排汗等代谢产生的水汽。

长二F火箭换了，全新“大脑”

任何一发火箭在点火升空之后之所以能够按照预定轨迹飞行，并且最终能够精确地将目标送入预定轨道，主要是靠火箭的控制系统来完成整个过程。承担“天宫一号”发射任务的改进型长二F火箭总设计师荆木春在接受采访时表示，改进型长二F火箭的控制系统是个全新的系统，从使用的方案、原理、具体设备、软硬件等方面都与传统状态的 “长二F”发生了很大变化，相当于给火箭置换了一个全新的“大脑”。

“和先前的长二F火箭相比，改进型长二F火箭控制系统的一个重大更改是，取消原先的气浮陀螺平台，采用两套惯组作为测量装置，可以更好地满足火箭在俯仰偏航方向上的机动要求。”荆木春解释，惯性测量组合是火箭控制系统的核心，也是影响火箭入轨精度的关键部件。

有了上述制导工具，改进型长二F火箭在制导方式上，首次使用了迭代制导技术。这些做法都是为了满足交会对接任务对火箭入轨精度、轨道调整适应性和可靠性等多个方面的要求。

荆木春表示，首次交会对接任务对“天宫一号”的入轨精度并没有很高要求，但对“神舟八号”的入轨精度要求很高。“所以，我们的工程研制人员也制定了了套方案：当发射目标飞行器时，火箭仅采用摄动制导；当发射飞船时，火箭采用‘摄动+迭代’组合制导。”