标题：“神舟八号”宇宙飞船
飞船简介
飞船结构“神舟八号”宇宙飞船为三舱结构，由轨道舱、返回舱和推进舱组成。飞船轨道舱前端安装自动式对接机构，具备自动和手动交会对接与分离功能。神舟八号将基本成为中国的标准型空间渡船，未来实现批量生产。构造参数“神八”为改进型飞船，全长9米，最大直径2.8米，起飞质量8082千克。 
发射“神舟八号”宇宙飞船的改进型“长征二号”F遥八火箭，全长58.3米，起飞质量497吨，运载能力为8130千克。中德两国科学家将在神八上开展17项空间生命科学实验。与以往飞船发射不同，这次交会对接任务要求飞船“零窗口”发射。技术特点“神舟八号”宇宙飞船在前期飞船的基础上，进行了较大的技术改进，全船一共有600多台套的设备，一半以上发生了技术状态的变化，在这中间，新研制的设备、新增加的设备就占了15%，主要变化是两个方面： 
具备了自动和手动交会对接功能，为此新增加和改进了一些设备。比如新研制了异体同构周边式构型和多种交会对接测量设备，用于交会对接自主控制的飞行软件、控制软件，也是全新设计和研发的。为了满足交会对接的任务，飞船上增加配置了平移和反推发动机。同时，航天员的手动控制设备也进行了改进。 
现在的宇宙飞船在前期具备57天自主飞行的能力基础上，已具备停靠180天的能力。神舟八号宇宙飞船电源帆板因为采用了新的太阳电池片，发电能力提高了50%。飞船的降落伞系统和着陆缓冲系统也进行了技术上的改进，提高了使用的可靠性。[1]
飞船发射
可靠性两个或两个以上的航天器通过轨道参数的协调，在同一时间到达太空同一位置的过程称为交会，在交会的基础上，通过专门的对接机构将两个航天器连接成一个整体。形象地说就是要两个飞行器“撞得上，弹不开，撞不坏”。然而，两个高速飞行的航天器在空间轨道上要实现准确会合，同时精度需控制在十几厘米之内，其难度和风险可想而知。因此，可靠性成为交会对接最基本的要求之一。 
无论是宇宙飞船本身还是运载火箭，为了实现更高的可靠性，都做了较大改进。现在的飞船在前期具备57天自主飞行的能力基础上，已具备停靠180天的能力。飞船电源发电能力提高了50%。还有，对降落伞系统和着陆缓冲系统也进行了技术上的改进。零窗口发射所谓“零窗口”，即指在预先计算好的发射时间，分秒不差地将火箭点火升空，不允许有任何延误与变更。 为了确保将飞船发射到与目标飞行器共面的轨道，神舟八号必须在天宫一号轨道面经过发射点后的一定时间内准时点火起飞，否则就需要消耗很多的推进剂来修正两者之间的轨道面偏差。 
因为目标飞行器已经先于追踪飞行器在空间轨道上运行，这就需要地面提前许多天计算并确定出追踪飞行器发射时间。不能错过，因为一旦错过，发射时间就要向后推迟，还需要重新计算选择。载人技术验证“神舟八号”虽然是无人飞行，但这次飞行将对未来的载人任务进行充分的技术验证和准备。它与“神九”、“神十”一样，都是按照载人要求设计的。“神八”上增加配置了图像记录设备和力学参数测量设备，能够记录下交会对接过程和飞船在飞行过程中的各种力学参数，有助于航天员地面训练和评价飞船的载人力学环境。通过这次飞行，可以验证改进后的飞船能否适应载人航天飞行的要求。 
这次“神八”将有形体假人随之上天，相关科学实验数据为明年即将和天宫一号进行交会对接的载人飞船提供佐证。有关专家强调指出，只有神舟八号返回舱返回地面才能叫圆满完成任务。若不能安全返回，对今后飞船是否载人会造成影响。中外合作据介绍，涵盖微生物、植物和动物等33种生物样品将装在40个有光照的容器中，随神舟八号飞船遨游太空。此次在飞船上进行的空间生命科学研究最大的亮点在于是中外首次合作。 
2011年10月30日，中国科学院空间科学与应用总体部总体室主任设计师赵黎平介绍，2008年5月中德双方签订了《关于在神舟八号飞船上使用德国培养装置进行空间生命科学实验的协议书》，明确了双方的合作形式、分工以及重要的计划节点。由德方提供生物培养箱，中方负责电源箱，开展17项生命科学实验项目。其中，中方10项，德方6项，中德合作1项，涉及中方7家单位，德方6个大学。准备工作2005年底，神舟八号首次对接缓冲试验在上海获得圆满成功。 
2011年9月24日，运载神舟八号的火箭抵达酒泉航天城。 
2011年10月26日，执行中国首次空间交会对接任务的神舟八号宇宙飞船、长征二号F遥八火箭在酒泉卫星发射中心载人航天发射场顺利转运至发射区，这标志着神舟八号宇宙飞船发射已进入倒计时。[2]
2011年10月27日，已进入发射塔架的神舟八号进行了首次发射演练。同时进行的还有推进器加注演练和陆场搜救演练。 
首次发射演练是每次发射前的必要演练，除了测试飞船、火箭的性能有无异常之外，更重要的是通过演练来衔接各系统的配合默契程度。神舟八号虽然是无人搭乘的飞船，但回收系统仍然按照高标准设计，因此，有关方面还进行了陆场搜救演练，即演练发现目标飞船、救援、回收等工序。首次演练顺利完成，标志着神舟八号船箭组合体已具备了发射条件。[3]
2011年10月31日，实施运载火箭推进剂加注。 
2011年11月1日5时58分07秒，点火。5时58分10秒430毫秒，发射升空。成功发射2011年11月1日清晨5时58分10秒，中国“长征二号F”遥八运载火箭在酒泉卫星发射中心载人航天发射场点火发射，火箭飞行583秒后，将“神舟八号”飞船成功送入近地点200千米、远地点330千米的预定轨道。 
中国载人航天工程总指挥常万全随后在酒泉卫星发射中心宣布，“神舟八号”飞船发射圆满成功。 
“神舟八号”宇宙飞船具备自动和手动交会对接功能，发射升空后将与正在轨稳定运行的“天宫一号”目标飞行器进行交会对接，实施中国载人航天首次空间交会对接任务。天宫一号的学名叫“目标飞行器”，因为，其后发射的几艘神舟飞船将与它进行对接，完善航空器交汇对接技术。用专业人士的话说，“天宫一号”既是一个空间交会对接的目标飞行器，又是一个简易的空间实验室，中国准备利用这个平台，要进行空间实验室的有关技术试验。“长征二号F”遥八运载火箭在“长征二号F”火箭基础上进行多项改进，具有运载能力更高、入轨精度更高、可靠性更高等特点。 
此次“神舟八号”宇宙飞船发射，是中国“长征”系列运载火箭第149次航天飞行。[4]
交会对接
一次对接■对接步骤　　神舟八号与天宫一号对接，组装成空间站雏形空间交会主要有四大步骤。 
●地面引导——即两个航天器都上天入轨后，通过地面测控站的引导，逐渐缩短相互之间距离。 
●自动寻的——在相距100千米时，“神舟八号”开始捕捉“天宫一号”，这是一个自动追踪、捕捉的过程，让“神八”通过几次变轨，缩短与天宫的距离。 
●最终逼近——当二者相距在100米到1米之间时，不仅要控制好相互间的距离、速度和姿态，还必须保持在每秒1米的相对速度内，以准备对接。 
●对接合拢——这时两个庞大的飞行器，在太空相距仅几十厘米，相对速度约每秒0.1米，横向相对误差不超过18厘米，才能严丝合缝地连为一体。 
整个对接过程必须保证接合平稳，不能剧烈摇晃从而影响在轨飞行器的姿态。对接时两个飞行器在空中都是超高速飞行状态，虽然对接时相对速度不大，但要在充斥着高密度等离子体、游离氧及紫外线等的复杂空间环境中，实现两个活动体间的精确对接，难度依然很高。 
■对接时间
2011年11月3日凌晨进行第一次交会对接后，天宫一号与神舟八号组合飞行12天之后，第二次交会对接在11月14日进行。 第二次交会对接飞行2天之后，16日，神八将第二次撤离天宫一号，17日返回地面。 
■对接地点
“神舟八号”与“天宫一号”于2011年11月3日凌晨1时30分时在中国甘肃、陕西上空进行对接。 
据北京飞控中心总体室工程师陈翔介绍，甘肃、陕西两地测站分布比较密集，属于搭界弧段，可实现测控全可见。同时，甘陕两地又处于天链01星和天链02星两颗中继卫星的覆盖地段，能够保证神舟八号和天宫一号从相距140米的停泊点，到最终的靠拢锁紧阶段，整个过程都在我国观测范围内。 
由于轨道运行原因，第一次交会对接的整个过程正好处于夜间，即太阳光无法照射的阴影区，肉眼很难看到，只能通过专业手段进行观测。据介绍，预计第二次交会对接处于白天，其实现位置基本上也处于中国甘肃、陕西上空。[5]二次对接据中国载人航天工程新闻发言人介绍，“神舟八号”与“天宫一号”预计将在14日迎来第一次太空分离、第二次太空交会对接任务。天宫一号目标飞行器总设计师张柏楠表示，“为了充分验证测量设备的抗干扰能力，二次对接将在光照区举行，目前最担心的，是强阳光对测量设备所造成的干扰。” 
第二次交会对接要分得开，控得住，对得上。分得开、控得住，指的是“神八”飞船和天宫一号目标飞行器首先要成功分离，然后要保持正确的飞行姿态，以确保相对导航设备工作正常。对得上的最大难点是第二次交会对接的空间条件不同，由地球的阴影区转换成在地球的光照区进行，强阳光可能会对交会对接测量设备造成干扰。 
■对接姿态
在二次交会对接前，神舟八号与天宫一号的组合体要重新进行转向180度，转回天宫在前、飞船在后的运行状态。而之前11月3日第一次交会对接则是采用飞船在前、天宫在后的姿态。 
二次交会对接前飞船的分离形态，与二次交会对接后飞船最终撤离天宫的方式也不相同。二次交会对接前，组合体进行180度调头，飞船正飞分开。而最终撤离返回的时候，组合体不再调头，飞船采取倒飞撤离，即直接从前面撤离。 
■任务系统
“天宫一号”和“神舟八号”交会对接任务，是中国首次空间交会对接试验，是突破和掌握空间飞行器交会对接技术的关键之战，是继突破载人飞船天地往返和航天员空间出舱活动技术后，中国组织实施的又一重大科技实践活动。此次任务目标是，准确进入轨道，精确交会对接、稳定组合运行，安全撤离返回。 
此次任务，共有航天员系统、空间应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统、着陆场系统、空间实验室系统等载人航天工程八大系统参加任务。 
■发射意义
“神八”的成功发射并与天宫一号实现对接，标志着中国已经初步掌握空间交会对接能力，拥有建设简易空间实验室，即短期无人照料的空间站的能力。
飞船回收
任务概要中国载人航天工程新闻发言人2011年11月16日宣布，神舟八号飞船返回舱将于17日19时许返回地面。 
2011年11月16日18时30分，“神舟八号”宇宙飞船与“天宫一号”目标飞行器成功分离。完成返回前状态检查测试和一系列准备工作后，北京航天飞行控制中心将于17日对飞船实施返回控制。 
目前主着陆场区准备就绪，气象条件符合飞船返回。17日飞船回收当天“窗口”，小雪，无雷暴、沙尘暴等恶劣天气，地面风力4－6米/秒，满足飞船着陆气象条件。[6]
“神舟八号”宇宙飞船于19点32分30秒平稳着陆，顺利回归到中国怀抱。任务特点神八任务与神六、神七相比，虽然不载人，但是任务工作量增加了，工作标准提高了。主要体现在以下几个方面： 
一是应急待命时间增加。应急待命时间取决于飞船在轨时间，神六在轨运行了5天，神七在轨运行了3天，神八在轨运行17天。按照任务要求，在飞船运行过程中，着陆场每天都要处于回收待命准备状态。 
二是搜索回收区域扩大。按照总体方案要求，飞船每天都有回收的可能性。由于回收的着陆点不同，所以搜索区域就变大了。 
三是搜索回收时间要求缩短。神七回收时在正常情况下搜索时间要求是6小时，现在提高到2．5小时。 
四是夜间搜索回收难度增加。夜间搜索和白天完全不同。通过演练发现，夜间漆黑一片，伸手不见五指，直升机起飞、降落、返回舱寻找都具有一定难度。 
五是飞船的有效载荷回收转运要求严格。返回舱的有效载荷是中德合作研制的通用生物培养装置，里面有许多微生物，对环境、温度有要求，必须在返回后第一时间送到北京处理。四个阶段返回舱回收过程主要包括四个阶段： 
●跟踪测量阶段
按照飞船的飞行程序，当飞船制动发动机点火26分钟后，返回舱就会飞到着陆场上空，白云鄂博场区的雷达首先捕获目标，并对其弹道进行测量，引导后续测控设备跟踪。位于大庙场区的USB设备随后跟踪，同时接收飞船遥测数据并向飞船发出遥控指令。在主伞打开后，利用光学设备拍摄飞船降落全过程。[7]
●搜索寻找阶段
按照程序，飞船落地前直升机就起飞到待命空域，利用直升机上装备的定向设备接收飞船发射的信号，确认飞船的位置。由于是夜间搜索飞行，直升机在到达返回舱地点上空后，需要持续一段时间对返回舱的状态、姿态，以及现场地形进行确认，随后指挥直升机首先在附近选择合适的地方降落，并指挥其他直升机降落。 
●现场处置阶段
此时地面分队陆续赶到，按照工作流程对返回舱进行处置，主要包括外观检查、舱内气体检测、微生物检测、有效载荷的拆卸。 
●回收转运阶段
将有效载荷快速运到中科院，将返回舱运到呼市火车站再到北京交给有关单位。
成功背后
11月3日凌晨，在距离地球350千米外的太空中，“神舟八号”宇宙飞船经过4次自主变轨控制，抵达距“天宫一号”约5公里的对接入口点。随后，从对接机构接触开始，经过捕获、缓冲、拉近、锁紧四个步骤，实现了刚性连接，形成组合体，开始了为时两天的整体飞行。 
两个8吨重“庞然大物”的高精度对接，对接机构中小到指甲大小的齿轮和针头大小的接口都要严丝合缝，无异于“针尖对针尖”。首次交会对接任务的成功，意味着继美、俄之后，中国成为第三个独立掌握交会对接技术的国家，这为我国今后开展更大规模的空间探索奠定了扎实的技术基础。 
在接下来的12天中，“天宫一号”与“神舟八号”还将进行第二次交会对接试验。 
早在“神舟八号”发射之前，记者便来到酒泉卫星发射中心探营，见证了这一场太空中的“穿针引线”背后的艰辛。集智攻关突发事件“‘天宫’在天上等着‘神八’赴约，这对飞船的发射窗口提出了非常严格的要求。”中国航天科技集团公司载人航天工程办公室主任童旭东道破了紧张氛围的缘由。 
然而，正当转场工作紧锣密鼓地准备时，从北京传来的一个突如其来的消息让每个人的心情变得暗淡下来。 10月22日下午4点，位于北京的神舟九号飞船在进行整船热试验时发生了意外情况。“神九”上的CTU(计算机核心单元)在一个特定的温度段发出指令时，遥测信号丢失。“这意味着如果飞船在这样的情况下接收这样特殊的指令，飞船瞬间会与地面失去联系。一旦出现这样的意外，后果不堪设想。”童旭东告诉本刊记者。 
按照原定计划，再过两天，“神舟八号”船箭组合体将结束测试区的各项工作，运往发射阵地，火箭发射进入“倒计时”状态。根据航天质量管理条例，相同批次的产品出现问题，要开展举一反三工作，及时剥离问题，确保飞行无隐患。而当这个消息传来时，距离船箭组合体转运时间只剩3天了。 
怎么办？是“冻结状态”全力举一反三，还是边查问题边推进工作？此前，在“长二丙”失利后，目标飞行器和火箭试验队冻结了10天的工作，等待“长二丙”的事故调查。此刻，“天宫”已经在太空调整好姿态等待“神八”到来。交会对接任务对追踪飞行器，即“神舟八号”飞船的发射窗口有非常严格的要求。而首次对接任务选择在阴影区，11月份只有1号、3号和5号有发射窗口，一旦错过，下次“太空约会”就要顺延到12月底了。 在第一时间，中国航天科技集团公司组织了“两总”迅速研讨，并组织西安的专家迅速攻关。在问题发生当天，“神九”上的CTU被立即运抵西安，同时在酒泉卫星发射中心执行任务的专家连夜返回西安，进行集智攻关。大家达成一致，当前一方面是要继续对该问题进行定位、复现，找到问题所在，同时做好“神舟八号”相关预案。 一场“三地大协同”的攻关战役就此打响。北京、西安迅速启动了对“神舟系列”其他产品的验证试验；在酒泉卫星发射中心执行“神舟八号”任务的试验队员很快启动了“拆神八”的预案。 
“拆卸工作非常复杂，抛开操作上的风险不说。仅仅从正常的操作工艺程序来说，就需要4天的时间。那将意味着将错过11月1号和3号的发射窗口，发射日期将顺延到5号。假如再受天气等因素的影响，将会给决策带来重大风险。”童旭东解释道。 
时间一分一秒走过，每个人都在等待西安试验的结果。原定在10月25日上午10点举行的CTU归零会议一推再推，从10点推到下午3点，又从下午3点推到5点，又从5点推到晚上8点 
晚上9点半，当北京、上海、西安、酒泉卫星发射中心四地的专家都悉数到场时，报告人带着“新鲜出炉”的报告还在路上。大家都在焦急地等待着。 
会议很顺利。经过前后方试验队员3天3夜的鏖战，得出了两个结论：一是出现问题的只是一个特定的温度段，只会出现在地面试验上，飞船在飞行中不会遇到；二是不会给飞船发出该条指令。而即便出现故障，飞船团队也有预案能够顺利解决这个问题。 
经过来自4地150多位专家的“集体会诊”，作出了“不拆卸神八CTU”的决定，保持了“神舟八号”的原有状态。当大家集体鼓掌通过时，人们的脸上才露出了久违的笑容。 
“现在回头来看。这个决定非常有价值。尽管该问题是由于我们的产品不够‘强壮’所致，但是从大家的应急反应来看，证明了载人航天团队特别能战斗，在关键时刻，基于对产品、系统的全面试验，做了一个非常果断的决策。”童旭东说，只有工作做细了，才能有这种果断“拍板”的勇气和自信。长二F第九次出征在首次交会对接任务中，已经圆满执行过7次任务的长二F火箭将再次两度执行飞行任务，分别将“天宫一号”和“神州八号”送入太空。 
“在首次交会对接任务中，针对‘天宫一号’和‘神舟八号’的不同使命，我们共研制了两枚火箭。从硬件来讲，我们尽量保持两枚火箭状态的一致性，能够通用的技术全部通用，确保研制生产过程全程可控。”火箭总设计师荆木春告诉记者，依据现在载人航天工程的发展速度，承担着“载人使命”的长征二号F火箭即将迎来批量生产时代，确保火箭技术状态的稳定可靠是“第一要务”。 
相比于之前承担的载人航天任务，此次遥八火箭要在1个月内执行两次发射任务，这对长二F而言是一个不小的挑战。而“神舟八号”任务对发射精度更是提出了严格要求。 
为了实现“高精度”的目标，此次火箭首次采取了迭代制导的控制手段，能更好地减小入轨误差。荆木春告诉记者，不同于摄动制导，迭代制导的入轨方式更加灵活智能。值得一提的是，这是该项技术首次应用在长征火箭之中。 
为什么要在发射“神舟八号”时采取迭代制导的入轨方式呢？火箭副总师宋征宇形象地给记者举例。“如果把‘天宫一号’和‘神舟八号’的对接看成是一场接力比赛，运动员沿着直线追上被对接的队员显然比绕着追赶更加省力。对运动中的个体而言，横向机动很困难。这对‘神舟八号’飞船和‘天宫一号’目标飞行器的对接也是如此，必须确保‘神八’与‘天宫’在一个轨道面。” 
迭代制导的入轨方式将打破常规火箭的轨道计算模式。“以前火箭发射的入轨模式就像飞机飞行一样，按照既定的航道飞行，当偏离航道后，自行进行调整。采用迭代制导方式后，火箭将实现一边飞行一边计算最适合当前状态的入轨点，同时设计飞行轨迹，并控制火箭按照设计的轨迹飞行，这样能够最大程度保证火箭的入轨精度，尤其是轨道面的精度，从而实现火箭入轨的智能化控制。”宋征宇告诉记者，采取迭代制导后，火箭每0.02秒就要作一次入轨点预计和轨道修正，计算量比传统制导方式增加了30多倍。 
同样举飞机飞行的例子，受气流因素，飞机航行时发生颠簸偏离航道是正常情况。对于火箭而言，受大气、结构设计、发动机等因素的干扰，火箭在飞行中也很难做到完全按照预定的轨迹飞行，这就需要火箭在飞行中不断修正轨道，从而最大程度地保证入轨点的精度。“此次迭代制导大概在火箭点火350秒后发挥作用，让火箭在飞行的过程中实时作出轨道修正，确保把‘神舟八号’精确送入轨道。”宋征宇说。 
搞火箭的人都知道，在测定发射窗口之前，首先要明确“乘客”的目的地，即卫星(飞船)的入轨点。“以前飞行器的入轨点一般在发射前1个月就能确定。此次发射“神舟八号”飞船，为了确保入轨点的精度，在发射前6小时进行最后一次测轨，并在射前4小时才最终确定要对接的‘天宫一号’在空间的轨道参数，此时我们才能知道要把“神舟八号”送到哪里。这对我们的适应能力是一个极大的考验。”宋征宇解释道。零窗口要求执行过发射任务的人都知道，发射时刻有一个时间段，如果在发射前出现问题需要推迟，发射时间可以顺延。这意味着在这个区间内的任何一个时间点内发射，都能满足发射要求。此次“神舟八号”肩负对接使命，为了与“天宫一号”实现精确对接，工程总体出了“零窗口”的发射要求。这意味着火箭在当天的发射时间只有“一秒”的机会，错过了就需要再择机。 
“‘天宫’在宇宙中以每秒7.8千米的第一宇宙速度在做相对运动，这意味着错过一秒，‘天宫’就已经在天上了‘前进’了7.8千米，“神舟八号”要通过消耗自身燃料去‘追赶’目标飞行器。”荆木春形象地说。飞行器上天后靠消耗自身燃料调轨是航天发射“没有办法的办法”。 
“这次发射活动和之前发射卫星不同，以前的发射只需考虑卫星上天后能够尽快把太阳能帆板对准太阳，以便能够在第一时间获取能量。而这次发射“神舟八号”飞船的第一任务是要为对接做准备，与‘天宫一号’这个在宇宙中运动着的庞然大物对接。”据荆木春介绍，在这样的情况下，“零窗口”发射就显得尤为重要。 
从发射“天宫一号”起，长征二号F火箭结束了技术上“小修小补”的时代，在继承了当今电子、信息处理、计算机等领域的技术革新成果后，在确保可靠性的前提下，长二F火箭完成了转型，一枚性能更加优良、运载能力更加强大、载人环境更加舒适的火箭应运而生。 
2012年，神舟九号、神舟十号宇宙飞船相继升空，空间站建设大幕即将拉开对于航天人来说，“大考”即将接踵而至。[8]
展望未来
在中国的载人航天“三步走”计划中，中国最终要建设的是一个基本型空间站，它的规模不会超过现有的“和平号”或国际空间站。 
基本型空间站大致包括一个核心舱、一架货运飞船、一架载人飞船和两个用于实验等功能的其他舱，总重量在100吨以下。其中的核心舱需长期有人驻守，能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。具备了20吨以上运载能力的火箭，才有资格发射核心舱。为此，中国在海南文昌新建继酒泉、太原、西昌之后的第四个航天发射场，主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。同时，中国还在天津新建总装场。 
不久之后，中国还将发射神舟九号以及搭载宇航员的神舟十号（“神八”与“神九”飞船都将没有航天员跟随上天，而神舟十号则载人），再与天宫一号对接，组装成一个能容纳三名宇航员工作和生活的空间站雏形。这将使中国成为继美国、俄罗斯之后第三个掌握空间交会对接技术的国家。可以在地球轨道上长期滞留工作的空间站，对于探索宇宙奥秘、造福人类有着重要意义。