「天宮一號」太空船

「目標飛行器」「天宮一號」

中國大陸於2011年9月29日晚間9時16分在甘肅省酒泉航太發射中心發射「天宮一號」目標飛行器，稍後成功進入高度大約370公里的環繞地球正確軌道。「天宮一號」之所以稱作「目標飛行器」是因為以後還要發射「神舟八號」、「神舟九號」、「神舟十號」三個飛行器分別主動追蹤「天宮一號」並且與「天宮一號」交會而且對接形成組合飛行器，然後分開。在對接的過程中，「天宮一號」處於被動地位，所以稱作「目標飛行器」。

「天宮一號」全長10.4公尺、最大直徑3.35公尺、起飛重量8.5公噸，外觀呈圓柱體形狀。它分成兩個艙室：實驗艙、資源艙。實驗艙又分成起居生活的密封段與進行科學實驗的非密封段。實驗艙內部是長方體空間，長度4公尺、寬度2公尺 、高度2.2公尺 ，空間可供2到3名太空人（大陸稱宇航員）生活和工作。實驗艙牆壁上有很多抓手，以便太空人在艙內移動。實驗艙專設一個部分給太空人睡眠，這裡有兩個睡袋垂直固定在牆上，讓太空人腳下（對著地球）頭上站著睡覺。因為在軌道上的離心力和地球引力抵消，所以站著和躺著沒差別。每個睡袋有自己的溫度、濕度調節，還有燈光調節。因為長期失重會造成骨質疏鬆、肌肉無力等症狀，所以實驗艙裡也有一些健身設備以維持太空人的體力和健康良好。此外，太空人可以上網娛樂、收發郵件、還有視訊電話。「天宮一號」雖然是無人飛行但是內部氧氣、溫度、濕度等條件都必須保持符合有人飛行的要求，以測試系統性能和可靠度。

此次發射「天宮一號」所使用的運載火箭「長征2-FT1」是「長征2-F」的改進型。外觀上比較明顯的改變是整流罩長度從10.7公尺增到12.7公尺，直徑從3.8公尺增到4.2公尺，以容納體型比「神舟」更大的「天宮一號」。外觀上比較不易察覺的是鼻錐的曲線改成馮．卡門曲線，以降低空氣阻力。因為是無人飛行器，所以取消了逃逸系統。另外，助推器也有改進，總的結果是有效酬載增加100多公斤。「長征2-FT1」全長52公尺 ，起飛質量493公噸，低軌道運載能力8.6公噸。與「長征2-FT1」類似的技術用於發射「實踐11號04星」，但是8月18日發射失敗，於是緊急調查原因並且進行改正，原定8月底發射的「天宮一號」推遲發射。改正後的技術在9月19日發射「中星1A」成功入軌，於是決定9月29日發射「天宮一號」。跟隨「天宮一號」首次進入軌道的是對接子系統。這個子系統在機械構造上非常複雜，至少包括一千多個傳動齒輪和軸承，而且動作距離長，所以精度要求非常高。此外還有118感測器和5個控制單元，與追蹤的太空船共同完成自動對接。「天宮一號」的設計壽命是2年，這是中國大陸迄今為止設計壽命最長的低軌道可載人飛行器。一般而言，決定低軌道飛行器壽命的主要因素有二：結構材料、本身搭載的推進劑數量。低軌道的稀薄空氣不能屏障宇宙射線對於飛行器的轟擊，所以材料會逐漸劣化。飛行器有時候因為任務要求而必須耗用推進劑進行軌道面以及／或者軌道高度變化，例如對不同地區進行照相。稀薄空氣的阻力長時間作用會導致飛行器速率降低，於是飛行高度降低，高度越低阻力越大，於是情況迅速惡化而造成飛行器墜毀。一個補救的辦法是耗用推進劑給飛行器加速並抬高軌道。所以，推進劑用完之後，飛行器的壽命就差不多了。「天宮一號」的主要任務是實驗對接，不是正式使用的太空實驗室，所以考慮節約材料成本，兩年的壽命就夠了。但是，中國大陸為什麼需要掌握對接技術呢？

以目前的太空科技而言，太空飛行器在軌道上交會而且對接與分開的技術是不可缺少的重要技術。這主要是因為從地球表面發射入軌的物體在形狀、大小、和重量三方面都受到運載火箭推力的限制，所以必須在軌道上調整形狀，或者組合成為更大更重的飛行器。調整形狀的例如美國登陸月球的登月小艇在地面發射時必須放在「阿波羅」三人太空艙的後面，但是「阿波羅」太空艙的人員通道在前方鼻錐，所以必須先分開然後正確對接，太空人才能夠進入登月小艇。組合成為更大更重的飛行器的例子最明顯的就是國際太空站。這個490多公噸而且外形一點也不流線化的東西是不可能以其完工的型態從地球表面發射的，因為人類還沒有容量夠大而且推力夠大的運載工具。所以，國際太空站是分成許多部份分別發射進入軌道，然後由太空人或者機械手臂在軌道上組合成為目前運行的型態。在太空站組合的階段以及後來使用期間的維修、改裝都需要太空人在艙外行走和工作的技術。

「三步走」的太空探索路線

中國大陸在1992年確定「三步走」的太空探索路線。第一步是載人太空飛行，這一步已經在迄今為止的「神舟一號」到「神舟六號」飛行任務完成。第二步是艙外行走和把幾個飛行器對接組成太空人可以短期停留的太空實驗室。「神舟七號」已完成艙外行走，「天宮一號」則是對接技術的試驗目標飛行器。第三步是建立人員可以長期停留的太空站。在軌道長期運行的內部空間較大的太空站不只是容許人員在它內部或外部進行需要長時間獲得結果的科研觀察和實驗、進行氣象和污染觀測與監測，而且還可以利用無重力狀態來生產在地球上無法生產的醫藥、合金等物質。這些活動不僅攸關重大的經濟利益、人民生活福祉，而且對於國家安全有關鍵性的作用——例如美國對於全球軍事指揮／通信／情報／管制、偵察監視、敵對人員定位、武器導引等。

「天宮一號」順利入軌後必須正確展開太陽能電池板和通訊天線，還需要大約一周的時間測試各系統是否正常。如果一切正常，預計在11月發射「神舟八號」無人太空船進行和「天宮一號」對接的試驗。在發射「神舟八號」之前，「天宮一號」將接受地面指令從370公里高度的軌道下降到343公里軌道。確定兩者在相同軌道飛行後，「神舟八號」將會逐漸靠近「天宮一號」。兩者接近到100公尺之時，相對速率大約每秒1公尺到3公尺，對接之前的速率差距必須在每秒0.2公尺以內，這對於秒速超過2萬公尺的飛行器而言是不到十萬分之一的差距，其困難可以想見。而且，二者的橫向差距不能超過18公分。符合前述條件後，「神舟八號」可以自動和「天宮一號」對接。「神舟八號」預定和「天宮一號」第一次對接後以組合的方式飛行12天，然後分開，再進行更多對接試驗。在組合狀態，電力、推進力、飛行控制都是由「天宮一號」提供。目前的方案是依照「神舟八號」的試驗結果再決定「神舟九號」是否載人飛行。「神舟十號」則是預定載人飛行。

保持太空科技獨大領先　美國機關算盡

因為太空科技對於國家綜合實力和國家安全至關重要，所以美國很早就採取手段企圖取得並且保持這方面獨大領先的地位。除了自己努力取得太空科技進展之外，美國多方阻止潛在競爭者追趕上來。對於前蘇聯和俄羅斯這樣有技術根底的潛在競爭者，美國假借「合作」進行羈縻。對於有很大潛力而且政治、經濟都受到美國強大影響的西歐先進工業國家，美國也實施「合作」羈縻。對於政治、軍事、外交都是美國跟班的經濟大國日本，美國則是以施捨的方式羈縻。對於中國大陸這樣政治、經濟、軍事、外交等方面高度自主，但是從前技術底子似乎遠遠落後的經濟體，美國則是採取排擠的方式來阻止其太空科技的發展。所以，在主要經濟體之中，從倡議到現在只有中國大陸被排除在「國際太空站」之外。美國雖然機關算盡，但是中國大陸自主的太空科技畢竟逐漸追趕上來。「天宮一號」成功發射後，美國眼見計謀落空，於是評論有點酸。西歐國家察覺正如他們的戰鬥機科技與研製資金被美國利用F-35的「合作」加以扼殺，他們的太空科技也不如大陸自主，於是評論也酸溜溜。日本、印度之流的國家其自主性與技術先進性的綜合評分比西歐更不如，他們於是大喊「中國威脅」。包括季辛吉在內的很多學者早已指出，在有記載的人類歷史中，百分之七十以上的時間都是中國居於經濟和文明發展第一的位置。中國大陸現在的追趕趨勢很可能只是歷史軌跡正在恢復常態，沒什麼值得大驚小怪的。有些國家的政治主流見識膚淺而且仍然企圖維持不合時宜的19世紀世界觀輕視中國，但是他們掂量自己實力又不夠強大到足以阻止中國大陸維護自己的正當權利，他們這才叫嚷「中國威脅」。

中國大陸的媒體在「天宮一號」成功發射後，並沒有多少報導。這是一種成熟和自信的表現。中國大陸高層現在已經把重點從局部或者單點科技追趕先進國家，移轉到全面整治腐敗、改進內部民生福祉，尤其是日常生活的可負擔性和安全性方面。這是可大可久的發展路線。「天宮一號」將會只是中國人恢復正常歷史地位的一小步而已。◆