神舟八号与天宫一号上的异体同构周边对接装置

神舟八号与天宫一号对接环接触

神舟八号载人飞船的研制，不仅承担着突破交会对接技术的重要任务，同时，还承担着为中国载人航天工程后续任务验证运输飞船的重任。

轨道控制精度如何保持

交会对接对轨道控制精度的要求非常高，有航天员参与情况下的对接相对来说容易一些，因为航天员可以适时的观察和控制，而无人状态下的交会对接比有人情况下的交会对接要更难。

怎样保证交会对接成功实施呢？科技人员把影响航天器交会对接的有关要素归结为包括位置、速度、姿态、角速度等在内的12个方面，只有将这12个变量都控制的非常精确了，误差在允许和要求的范围里面，才能保证两个飞行器能对接上。如果歪了的话就对不上，如果速度大了的话非但对不上，还可能发生两个航天器相撞的事故。

新敏感器面临考验

几十年中国航天研制和使用的敏感器，一般就是像陀螺、红外敏感器、太阳敏感器、星敏感器等。而此次为了实现交会对接，新研制了五种敏感器，因此，神舟八号飞船上安装的敏感器具有技术新、种类多、首次使用、成熟度低等特点。怎样确保这些新研制的敏感器技术指标满足要求，确保控制系统可靠有效的使用，是对科技人员的又一个考验。

空间环境带来巨大影响

空间环境和地面环境存在着巨大的差异，在地面上研制的设备能否适应太空环境的考验，存在很多不确定的因素。神舟八号飞船上有许多设备，比如，光学设备，由于在地面验证的时候，是在大气环境下进行的，大气对这些设备的性能影响很大，而这些设备又是在没有大气的太空中使用的，仅仅依靠数学计算来推算，确定这些设备的能力究竟有多少，这本身就是有难度的。另外在轨道上，太阳的反射光，对光学敏感设备也会产生干扰；无线电反射也会有影响；飞船上安装的用于交会对接控制的数台平移发动机在工作的时候，也会产生羽流，这些羽流到底对姿态控制有多大影响，很难得出准确的结论，等等，都是空间环境对交会对接带来的新问题，这些对交会对接整个控制方案的影响是很大的。

神舟八号与天宫一号慢慢靠近

神舟八号转场

交会对接方案难以仿真

在地面，人类至今还无法造一个和太空一模一样的环境，这就给交会对接任务方案的试验验证带来很大的困难，科技人员只能通过数学仿真、半物理仿真和很多外场试验，来验证这些系统方案是否准确。但是，由于航天器在太空中运动的速度很快，动态变化也很快，再加上地面的阳光和天上的阳光相比，完全是两回事，比如，在天气良好的情况下，北京地面的太阳亮度只有轨道上太阳亮度的60%，不好的情况下，则只有30%～40%，所以，在地面没有办法模拟天上的太阳。还有各种杂光的反射，对光学设备的试验都有影响，而对于杂光的模拟就更困难了。交会对接到最后一瞬间的精度要求是误差是以毫米计算的，这么高的精度，尤其是在动态大气里进行标定，国内目前还没有满足这种要求的标定设备。还有，飞船从距离目标飞行器100多千米到准确的对接连上，过程控制也是难度非常大的事情。

如何优化设计提高运输能力

在载人运输飞船总重量指标与一期工程中的飞船相当的同时，神舟八号飞船既要新增加交会对接机构，交会对接测量敏感器等设备，以实现交会对接功能要求，为验证货运飞船，还要使运输能力增加300千克，在这种情况下，一方面需要对飞船进行全面的功能和配置优化，另一方面需要采取新技术以减轻平台重量。还有，不仅飞船的功能和任务要求提高了，在轨运行时间也由神舟一号至神舟七号的5～7天，延长到在目标飞行器上停靠180天，在轨时间的延长，对确保系统的可靠性提出了很高的要求，这给技术人员带来了严峻的挑战，需要进行充分的系统优化和可靠性设计，还要充分利用各种手段进行大量的可靠性验证工作。

如何建立标准研制体系

中国将利用神舟八号飞船验证运输飞船研制技术，从而建立天地往返系统。这就需要实现神舟飞船的批产化。研制标准运输飞船，需要在批生产、总装与测试、测试与发射流程和飞行控制体制等方面进行大幅度的优化和更新，以适应任务的需要；同时，为了对将来中国空间站的任务提供支持，在一旦发生重大事故情况下对航天员的应急救生，还需要进行在轨救生飞行模式的设计。

神舟八号装配和测试

神舟八号热真空试验

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神舟八号对接机构

神舟八号采用的是异体同构式周边对接机构。这个对接机构的好处就是两个相同的对接机构可以相互对接，承载能力也比较高。但是，这种对接机构是中国最复杂的空间机构，具有零部件多，相互配合要求很高的特点。

神舟八号对接机构有几万个零部件，其中轴承500个～600个，齿轮400个～500个。轴承和齿轮之间的相互配合都是很难的，对精度要求也挺高，可靠性、工艺都非常复杂。两个航天器对接靠这个机构，对接的一瞬间，要消除误差，撞击产生的速度的能量要靠它来吸收，两个飞行器死死的连在一起，要靠它，两个航天器之间的密封要靠它，实现两个航天器之间的电源、通信等各种连接还要靠它。

同时，对对接机构的试验验证也是一件非常困难的事情。无人参与状态下的航天器对接与有人参与下的对接要求是不一样的。无人情况下只要两个航天器能够对接上就行，而有航天员参与的情况下，交会对接完成了，还要形成一个从飞船到进入目标飞行器里面的通道，让航天员沿着通道进入到目标飞行器里面。所以就得实现飞船与目标飞行器之间的刚性连接，最终形成一个密封的通道，然后航天员才能从飞船到目标飞行器里去工作和生活，能否达到这样的条件，在地面条件下进行验证是一件非常困难的事情。