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10月16日上午，中国载人航天工程神舟十一号任务新闻发布会在酒泉卫星发射中心举行，武平副主任介绍了任务情况并回答记者提问，明确表示将在10月17日早上7时30分发射神舟十一号飞船，飞行乘组包括指令长景海鹏和首次上天的陈冬，他们将执行为期33天的神舟十一号飞行任务，为中国载人航天的常态化运作做好最后的准备，下一次载人飞行神舟十二号任务，就是对接空间站天和号核心舱了。
资料图。 网易航空讯（张雪松/Nemo）
为什么是酒泉？
有心人都会注意到，中国载人航天目前的12次发射（10次神舟和2次天宫）都是从酒泉卫星发射中心发射升空的。目前我国拥有酒泉、西昌、太原、文昌四个发射场，为什么包括即将到来的神舟十一号任务，都要从酒泉发射呢？
载人航天发射选择酒泉，是综合考虑多方面因素的结果。事实上，中国载人航天最初计划的发射场并不是酒泉，而是西昌卫星发射中心。20世纪70年代中国卫星发射升空后，又开始研制曙光号载人飞船。由于中苏关系恶化和边境冲突，中央决定在三线建立新的发射基地，这就是西昌卫星发射中心。西昌卫星发射中心计划建造1号、2号和3号发射工位，其中1号工位用于发射载人飞船。不过由于曙光号飞船的下马，西昌卫星发射中心遗憾的与载人航天失之交臂。
921立项前的论证建议将未来载人飞船和空间站的轨道倾角从原来的31.5度提高到41度或45度，这样飞船返回的着陆区可以从原来局限在四川盆地，扩展到包括华北平原、内蒙古高原甚至松辽平原。飞船和空间站设计轨道倾角的变化，也对发射场带来了影响。发射场位于北纬41度的话，火箭发射到倾角41度轨道的运力最大，两者角度差越大，火箭运力损失越大，既然飞船倾角选了41度，那么北纬28.2度的西昌也就不适合做载人航天发射场了，而北纬40.9读的酒泉发射场也就成了最合适的选择。酒泉卫星发射中心位于大漠，大规模扩建也没有占用耕地和民房的问题，综合这些实际考虑，酒泉发射中心成为921载人航天工程选定的惟一一个载人发射场，我国的神舟系列载人飞船都将由此发射升空。随着新一代长征五号和长征七号火箭的服役，我国运载火箭的运力有了很大提高，根据规划明年我国将从文昌发射场使用长征七号火箭发射天舟货运飞船，更遥远的未来还将在此使用长征五号火箭发射新一代多用途载人飞船，届时酒泉发射中心就不是载人航天发射的独苗了。
发射时间的确定
虽然10月16日武平副主任才宣布17日早上7时30分的发射时间，但爱好者们对此并不意外。当然我们并非从中国航天科技集团内部得到小道消息，而是发射前的蛛丝马迹已经暴露了选定的发射时刻。
一般地说，火箭发射都会发布针对航行通告，告知民航飞行员何时何地禁止飞行，翼面民航飞机误入发生危险。根据这些NOTAM通告，我们就能知道火箭发射选定的时间段，比如说这次神舟十一号发射前，早在10月12就发布了A2666/18通告，根据通告我们可以知道10月17日7时25分到50分之间，从酒泉发射中心斜向东南经过连云港附近画出巨大的带状临时禁飞区，毫无疑问，这就是为了发射神舟十一号飞船发布的通告了。
仅凭这个NOTAM只有一个粗略的时间段，但是神舟十一号飞船并非类似神舟五号这样单独的飞船任务，它要和天宫二号空间实验室对接，发射时间就必须考虑双方的位置关系。根据天宫二号的轨道参数，可以反推出神舟十一号飞船的发射时间。具体地说，为了减少飞船变轨的燃料消耗，飞船发射时最好要和天宫二号共面。天宫二号的393公里高度圆轨道是46圈的回归轨道，这意味着轨道回归周期约3天，精确的说神舟飞船发射窗口每天提前约25分钟。当然实际发射中，神舟飞船和天宫空间实验室并不是严格共面的，这是因为神舟飞船发射后进入的轨道高度较低，神舟飞船追赶天宫空间实验室的过程中会由于轨道进动速度的不同消除轨道面的差异，考虑到这一点神舟飞船的轨道面和天宫空间实验室必须有很小的差异。如果按照以往神舟飞船发射的轨道参数推断，神舟十一号飞船也将有大约0.2度的不同，结合具体轨道高度又每天产生大约3分钟的发射窗口差。天宫二号空间实验室于9月15日22时04分发射，再根据10月份的轨道参数修正，现在根据NOTAM得知神舟十一号飞船将于10月17日发射，那么发射时间大致在早上7时30分左右。如果长征二号F火箭或是神舟十一号飞船发射准备没什么问题，当地气象条件也许可的话，神舟十一号飞船就将在17日7时30分发射升空。
神舟飞船的改进
航天爱好者们一定还记得，官方曾表示神舟八号任务后飞船基本定型。不过中国载人航天发射还没有常态化，每次任务都有自己的特色，相应的每艘飞船也有多多少少的不同，那么神舟十一号飞船又有哪些不同呢？
根据中国载人航天工程办公室公布的消息，神舟十一号任务中两名航天员将进行为期一个月，确切说是33天的太空之旅。与此同时，神舟十一号任务还是中国载人航天工程三步走战略中从第二步到第三步的重要过渡。任务需求的不同，也让神舟十一号飞船具体指标有所不同。具体地说，神舟十一号飞船优化改进了货物装载布局，提高了这次任务的上行货物运输能力，可以将更多的食物和饮用水送上太空，增强飞船的驻留保障能力，满足长时间太空飞行的要求；30天的中期驻留任务中为了保证电力供应，需要太阳能帆板长时间对准太阳，而这种状态下一些设备长期面对阳光，另一些处于见不到太阳，冷热不均会带来温度过低或是过高的危险。神舟十一号飞船对此改进优化了热控设计，保证设备温度不会超过上限或下限。长时间太空飞行，微生物的繁衍和危害无法忽略，神舟十一号飞船还将进行微生物控制试验，为未来空间站更长时间的环境和微生物控制做好准备；神舟十一号还进一步提高了飞船的可靠性和安全性，飞船增加了新的宽波束中继通信终端设备，扩大了测控系统对飞船的覆盖范围，增强了飞船的天地通信保障能力，提高了飞船的可靠性和航天员的安全性；这次任务还为后续空间站进行了技术验证，首先是天宫二号和对接轨道高度位于393公里，这是未来空间站的工作轨道，比以往的343公里高度轨道高了50公里，而长征二号F火箭只能把神舟飞船送入近地点200公里，远地点约350公里的轨道，为此神舟十一号飞船调整了轨道飞行程序和控制策略，进行连续变轨控制以适应轨道高度的增加。天宫二号空间实验室和神舟十一号飞船还使用了更先进的交会对接光学敏感器，以CRDS敏感器取代了传统的CCD敏感器。对比天宫一号使用的第一代光学敏感器，神舟十一号飞船的第三代光学敏感器做到了“火眼金睛”，即使在强光下也能看清目标，光照影响的减弱，还意味着适合交会对接的轨道弧段变长，在轨对接时间达到原来的两倍左右。此外光学敏感器的首次捕获时间提高了一个数量级，具体地说从原来第一代的10秒提高到现在的1秒，这提高了看到目标的响应时间，保证了交会对接的可靠性和安全，为未来空间站的常态化交会对接在技术上奠定了基础。
如何交会对接
空间交会对接一直是个难点，飞船在近地轨道上以7.8公里/秒的速度飞行，虽然最终对接的相对速度不大，但交会初始阶段仍然说得上差之毫厘谬以千里。天宫一号和三艘神舟飞船进行了6次交会对接试验，发射入轨到首次对接时间都在2天左右，交会对接使用共椭圆法，交会对接飞行期间要经历远距离导引段、近距离导引段、接近和对接等步骤，又称地面导引段、自动寻的段、接近段和对阶段。
以神舟八号飞船的对接为例，2天交会对接飞行中，分别在在5、13、16、19和24圈进行变轨。第一次变轨在远地点点火，抬高近地点高度，进入调相轨道。所谓调相，是指调整两个航天器的相位差，虽然发射时做到共面，但两者并不是在同一个位置，神舟飞船轨道高度低轨道周期短，轨道飞行中呈现“追赶”天宫空间实验室的态势，相位角度差会自然的逐渐减少。以往很多报道提到交会对接中两个航天器最初距离1万公里，但恐怕很少有人提到，它们是通过调相接近的。接下来神舟飞船还要进行第二次点火，调整轨道倾角和升交点赤经，进一步修正轨道平面的偏差。此后神舟飞船在近地点进行第三次点火，提高轨道的远地点高度，让远地点高度达到天宫空间实验室的轨道高度。神舟飞船的第四次点火发生在远地点，这次机动提高了近地点高度，让飞船轨道从椭圆轨道变为圆轨道，这次机动后神舟飞船和天宫空间实验室就在轨道高度和轨道面相同的轨道上，最后进行第五次机动微调轨道位置，神舟飞船和天宫飞行器的相对距离约50公里，完成远距离导引段飞行。
远距离导引段依靠地面测控网进行，而近距离导引段则使用飞船上的交会对接设备。从第28圈开始，飞船的交会对接敏感器捕获对接目标天宫空间实验，飞船进行自主制导、导航和控制，地面测控网尤其是飞控中心也将进行辅助控制和检验。经过若干次轨道机动后，神舟飞船自动引导和天宫空间实验共面、轨道高度相同，后方5公里距离的位置上。接近段上神舟飞船交会对接敏感器全程工作，地面站同步进行跟踪，接近过程中在400米、140米两处停泊，接近到30米距离上停泊。最后一步是对接飞行，神舟飞船将启动发动机平移缩短距离，以每秒0.2米的速度最终和天宫空间实验室对接，完成交会对接的整个操作。
神舟十一号飞船的具体交会对接和早期神舟八号飞船有所区别，但从调相、寻的到接近对接的过程大同小异，甚至连交会对接时间也都在2天左右。俄罗斯目前已经验证并使用6.5小时的快速对接方案，快速对接缩短了航天员在狭小的飞船内的生活时间，但需要压缩远距离导引段也就是调相段的飞行时间，这就需要对飞船具备更高精度的测控能力。我国明年4月天舟一号飞船也将试验快速对接技术，成功的话神舟十一号可能是最后一艘慢速对接的飞船了。
驻留飞行和实验
造船为建站，建站为应用。神舟飞船毕竟太小，而从设计上说，它也只是一个天地往返工具，没法做较大规模的空间科学和技术试验。神舟十一号任务是未来天宫空间站核心舱发射前的最后一次载人飞行任务，它将为建站做充分的准备。
首先就是393公里高度交会对接和飞行。神舟十一号飞船将首次到达未来空间站的设计轨道高度，为两年后神州十二号飞船对接空间站的天和号核心舱的飞行做一次彩排；其次是30天的中期驻留实验。神舟十一号飞船将携带更多的补给物资对接天宫二号空间空间实验室，进行为期30天的中期驻留实验，更长的飞行时间也是飞船进一步改进热控的原因；再次是空间科学实验，神舟十一号飞船的两名航天员将在天宫二号上操作综合材料试验炉，进行空间材料制备试验，此外航天员还将携带高等植物培育实验获得的拟南芥种子乘坐返回舱返回地面，这将是我国空间科学实验的一个里程碑。
神舟十一号任务中将进行更多的航天工程技术试验，以及更丰富的空间科学实验。神舟十一号任务之后，中国载人航天将进入空间站的时代。
本文来源：网易航空 作者：张雪松/Nemo
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发表于 2016-11-3 21:20
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