11 月3 日凌晨1 时36 分，“天宫一号”目标飞行 器与“神舟八号”飞船成功实现首次交会对接，为我国 突破和掌握航天器空间交会对接关键技术，初步建立 长期无人在轨运行、短期有人照料的载人空间试验平 台，开展空间应用、空间科学实验和技术试验，以及建 设载人空间站奠定了基础，积累了经验。举国欢庆，这 是中国航天史上的又一次创举，代表着中国向空间站 时代迈出了坚实的一步。我校多个科研团队多年来刻 苦攻关，多项技术和成果应用于神舟天宫系列的研发 过程中，为天宫一号和神舟八号的成功对接提供了十 分有力的技术支持。
　　空间天气研究护航天宫一号天宫一号的成功发射并不是想象中的那样一帆 风顺，它成功经过“空中百慕大”———南大西洋异常 区。那么，是谁为它保驾护航？答案是空间天气研究， 磁层天气基础研究为天宫一号发挥了保驾护航的作 用。
　　作为磁层亚暴能量来源的磁场重联对地球空间 天气有重要影响。2002 年8 月21 日，欧洲空间局 Cluster计划的4 颗卫星穿过地球空间一个重联区。 北航宇航学院空间科学研究所教授曹晋滨团队首次 观测到重联发生前的哨声波。由于哨声波能够为磁 场重联触发提供所需的反常电阻，团队的发现推动 了重联触发机制研究的发展，是重联研究的一个重 要突破。曹晋滨团队的研究结果引起了国际磁层物 理研究界的高度重视。欧空局 Cluster计划首席科学 家 Phlippe Escoubett博士曾评论说：“这个结果必将 指引科学家们建立一个更好的重联模型，因为这样 详细的空间磁场重联观测非常罕见。”
　　地球磁暴是天宫一号运行安全保障必须考虑的 重要内容。产生地球磁暴的根本因素是磁层环电流 的快速增长。而等离子体片离子是环电流粒子的种 子离子。所以等离子体片内边界模式在环电流建模 过程中起着重要作用。此外，等离子体片内边界的地 向移动经常引起同步轨道卫星充电，导致卫星出现 故障甚至报废。到目前为止，还没有一个等离子体片 内边界的全球模型。我校宇航学院空间科学研究所 曹晋滨教授团队利用中国双星计划 TC- 1 号卫星探 测数据，建立了国际上第一个等离子体片内边界的 全球模型，该研究成果对天宫一号安全升空具有重 要的意义。团队的研究结果也于今年发表在国际地 球物理核心刊物欧洲《地球物理年刊》上。目前，中国 科学院空间环境研究预报中心正在开展该模型的工 程化工作，以便用于同步轨道卫星充电的日常预报 和警报。 姿轨控发动机喷流数值模拟实现交会对接精确导航“神舟八号”飞船在与“天宫一号”目标飞行器交 会对接过程中，需要通过修正飞船轨道使其与目标飞 行器轨道重合，调整飞船姿态以对准目标飞行器，增 减飞船速度来逐渐接近目标飞行器等一系列的动作 来保证交会对接的顺利完成。由于飞船工作在大气层 外的真空环境，控制飞船的轨道、姿态和速度需要通 过安装在飞船上的多组火箭发动机来实现。这些布局 在飞船各处的火箭发动机通过工作时产生的推力和 力矩来对飞船的姿态、轨道和速度进行控制，我们称 之为姿轨控发动机。 （下转第3 版）
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　　北航多项技术助力神舟八号天宫一号交会对接（上接第1 版）姿轨控发动机工作为飞船提供推力和力矩的同时，会产生高速运动的喷流，这些喷流会给飞船及目标飞行器带来气动力和气动热效应等喷流影响。气动力效应指的是姿轨控发动机喷流作用在“神舟八号”飞船自身以及“天宫一号”目标飞行器上产生的附加力和力矩，这些力和力矩会对飞船和目标飞行器的姿态、轨道和速度的控制产生不利影响。气动热效应指喷流作用在飞船表面以及部分敏感部件上产生的气动加热作用，这些热作用使得飞船表面及部件的温度升高，会对飞船表面温度控制系统带来较大负担，并导致某些敏感部件工作运行失常甚至失效，同样会增加飞船和目标飞行器的交会对接的困难。
　　北航宇航学院真空羽流课题组依据航天科技集团公司五院总体设计部及载人航天事业部提出的任务要求，在蔡国飙教授的带领下，开展了对“神舟八号”飞船和“天宫一号”目标飞行器姿轨控发动机喷流影响开展了数值模拟研究，精确仿真了交会对接过程中所有姿轨控发动机的喷流效应，根据对仿真结果的细致分析，找出了飞船和目标飞行器布局的不合理之处，将研究结果及修改意见提交给了总体设计部门，设计部门及时对设计方案进行修改，随后课题组对设计部门修改 后的方案进行了复核。课题组的研究工作为“神舟八号”飞船 与“天宫一号”目标飞行器总体方案改进提供了有力支撑。同 时，对于无法避免喷流效应的某些部件，依据仿真得出的交会 对接过程中反推发动机喷流影响的大小，提出了交会对接过 程中飞行控制程序的调整建议，得到了总体设计部门的认可 和采纳。
　　我校宇航学院真空羽流课题组的研究成果为“神舟八号” 飞船与“天宫一号”目标飞行器的交会对接作出了实质性的贡 献。课题组目前正在加紧建设具有国际领先水平的真空羽流 实验系统。实验系统建成后，可以对数值仿真研究的模型和算 法进行更好的校验，同时可以直接为航天器的设计和研制提 供实验服务，为我国的航天事业做出更大的贡献。
　　可靠性综合环境应力测试保障神八天宫安全升空北航可靠性综合实验室从神舟一号开始就参与神舟飞船 研制，为提高飞船的可靠性进行了大量的试验工作，通过试验 暴露产品在设计和制造中的缺陷和薄弱环节，为产品的设计 改进提供依据。许多飞船上的关键电子产品在交付使用前，通 过在实验室进行验收试验，起到最后把关的作用，确保装船设 备的质量和可靠性。国务院的大力支持，而与之形成对比的 是我国航空工程人才库尚未针对大飞机项目做好储备，在神舟八号和天宫一号项目中，我校可靠性综合实验室 与载人航天总体部协作，对神州八号飞船和天宫一号飞行器 的各项设备进行了可靠性试验。试验分为两个阶段，第一阶段 是鉴定级条件的综合环境应力试验，主要目的是通过施加超 出设备使用条件的各种严酷环境条件，加速暴露产品在设计、 元器件和工艺等方面是否存在固有缺陷和薄弱环节。将这些 缺陷和薄弱环节进行改进，就可以大大提高产品的固有可靠 性，这是载人飞船和空间站可靠性的基础。第二阶段是验收级 条件的综合环境应力试验，主要目的是通过模拟设备使用条 件的综合环境条件，暴露产品在制造和装配过程引入的偶然 缺陷和薄弱环节，将这些缺陷和薄弱环节进行剔除，达到消除 隐患的目的。
　　我校可靠性综合实验室发挥北航在可靠性工程理论方面 的优势和多年参与国家重点型号可靠性工作中积累的工程经 验，积极协助设计师单位开展试验规划和试验方案的制定工 作。为保证神舟八号和天宫一号可靠性试验工作的顺利开展， 实验室针对空间产品试验条件和试验方法的特殊性，投入大 量人力物力对试验设备进行了许多有针对性的改造和调试。
　　在整个试验过程中，我校可靠性综合实验室承担了5 项 产品的鉴定级条件的综合环境应力试验和11 套产品的验收 级条件的综合环境应力试验，总试验时间2500h，历时近两年。 试验期间，一项产品在鉴定级试验时出现故障，经过整改后通 过测试。其他产品均顺利通过验收。
　　交会对接运动模拟系统确保神八天宫完美对接“神舟八号”飞船在与“天宫一号”目标飞行器的交会对接 过程分为交会过程和对接过程。“交会”即是使两航天器，在预 定的时间，抵达一定的轨道和空间；“对接”即是使两航天器连 接在一起。在空间预定轨道上运行目标飞行器，去与追踪飞行 器交会对接。为保证对接成功，在对接前要求制导、导航、控制 系统( GNC)，使两飞行器的相对位置、姿态及速度都满足一定 要求，在这种条件下，两飞行器对接机构接触碰撞并自动相互 锁紧，最后完成对接任务。
　　从2004 年起，北航自动化学院的控制、制导与仿真技术 研究所联合哈工大一起研制交会对接运动模拟系统，于2008 年底交付验收。交会对接运动模拟系统( RVDMS)是在地面上 建立的进行交会对接运动过程仿真试验的模拟系统，用以仿 真追踪飞行器和目标飞行器从相距 X 米开始，到对接机构相 互碰撞为止，模拟这一时间段内的相对运动。交会对接运动模 拟器是一个9 自由度运动系统，由目标运动模拟器和追踪运 动模拟器两部分组成。目标运动模拟器为固定于地面上的三 轴转台，具有三个转动自由度。追踪运动模拟器由三维平移运 动系统和安装其上的三轴转台组成，具有三个平动自由度和 三个转动自由度。
　　2009 年至2011 年北航一直无偿承担该系统的部分运行 保障工作。在“神舟八号”飞船在与“天宫一号”目标飞行器发 射前期，通过交会对接运动模拟系统多次对对接过程进行模 拟实验，确保了“神舟八号”与“天宫一号”最终实现完美对接。