2024年4月25日发(作者：满梦菡)

第１８卷第１期　

载人航天　

Ｖｏ１．１８　Ｎｏ．１　

１　

２０１２年１月　

Ｍａｎｎｅｄ　Ｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔ　

天宫一号／神舟八号交会对接任务总体评述　

周建平　

（中国载人航天工程办公室，北京１００７２０）　

摘要天宫一号／神舟八号交会对接任务圆满成功，标志着我国空间交会对接技术取　

得重大突破。本文介绍了天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船交会对接飞行任务的基本情　

况、总体评价及主要成果。　

关键词天宫一号；神舟八号；交会对接　

中图分类号：Ｖ５２６文献标识码：Ａ文章编号：１６７４—５８２５（２０１２）０１—０００１—０５　

２０１１年１１月３日，天宫一号目标飞行器与神舟　

八号飞船成功实现了我国首次空间飞行器自动交会　

对接，我国空间交会对接技术取得重大突破。这是继　

突破载人飞船天地往返和航天员空间出舱活动技术　

后，我国载人航天技术发展的又一新的里程碑，为实　

现我国载人航天工程“ｊ步走”发展战略，建造和运　

营空间站迈出了关键的一步。　

器作为对接目标，支持与飞船的多次交会对接，同时　

具备组合体运行管理、航天员中短期在轨驻留、空间　

科学实验等功能，验证交会对接和空间站部分关键　

技术；研制改进型ｃｚ一２Ｆ运载火箭，提高人轨精度、　

运载能力和可靠性，用于发射载人飞船和目标飞行　

器；采用陆海天基测控通信网，完成飞行器全程测控　

通信任务和飞船交会飞行的远距离导引控制任务；　

采用微波雷达、激光雷达和ＣＣＤ图像测量设备测量　

两个飞行器的空间相对位置，由飞船自主完成近距　

离交会飞行控制；采用导向瓣内翻的周边式对接机　

构自动完成两飞行器的捕获、锁紧。载人飞行器按照　

“

一

ｌ飞行任务基本情况　

１．１交会对接技术方案概述　

天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船交会对接　

任务是在载人航天工程两总和工程总体的领导和组　

织下，在载人航天工程航天员、空间应用、载人飞船、　

度故障工作、二度故障安全”进行设计。　

天宫一号目标飞行器采用实验舱和资源舱两　

运载火箭、发射场、测控通信、着陆场和空间实验室　

八大系统密切配合下共同完成的。　

我国首次交会对接采取的主要技术路线是：以　

工程第一步任务研制的神舟飞船为基础研制交会对　

舱构型，具备支持交会对接、接纳航天员访问、进　

行组合体管理和开展空间科学实验和应用等功　

能。实验舱前端框安装被动式对接机构，舱外安装　

飞船交会对接测量设备的合作目标等设备，密封　

舱内部为航天员工作和生活场所。资源舱为柱段　

非密封结构，配置推进系统和太阳电池翼等，提供　

动力和能源。　

接追踪飞行器，使其具备自动和手动交会对接功能　

以完成交会对接飞行试验任务，对部分设备进行改　

进和完善，以提高可靠性安全性及功能和性能，改进　

后的神舟飞船未来将作为天地往返载人运输系统为　

空间站提供航天员天地往返运输服务和部分物资的　

天地上下行运输服务；全新研制天宫一号目标飞行　

收稿日期：２０１１－１２—２４；修回日期：２０１２—０１—１０　

改进型神舟八号飞船沿用三舱结构，在原神舟　

飞船的基础上新增了交会对接功能：轨道舱前端安　

装导向瓣内翻的异体同构周边式主动对接机构，舱　

作者简介：周建平（１９５７一），男，博士，巾国载人航天工程总设计师。　

２　载人航天　第ｌ８卷　

外安装微波雷达、激光雷达、ＣＣＤ光学敏感器、电视　

摄像机等交会测量设备，增加反推和平移发动机，具　

备自动和手动交会对接功能。　

ＣＺ一２Ｆ运载火箭改进了助推器结构以增加推进　

剂加注量，提高了运载能力；控制系统进一步增加了　

冗余度，利用组合导航修正惯导误差并采用摄动＋迭　

代制导方法，提高了可靠性和人轨精度；新研直径　

４．２ｍ的整流罩用于目标飞行器的发射。　

天宫一号目标飞行器科学实验和应用载荷包括　

对地观测、空间材料科学实验、空间环境与物理探测　

和再生生保技术试验设备等；神舟八号飞船主要载　

荷为中德合作通用生物培养装置。　

发射场为酒泉卫星发射中心载人航天发射场。　

由北京、东风、西安三个任务中心，中继卫星控管中　

心，１５个国内外陆基测控站，３艘测量船，天链一号　

０１、０２中继卫星和地面通信网组成陆、海、天基一体　

化测控通信网，测控覆盖率提高到约７０％，确保了交　

会对接关键事件的测控覆盖，可同时支持飞船和目　

标飞行器的测控。主着陆场位于内蒙古自治区苏尼　

特右旗以西地区。　

１．２主要飞行过程　

２０１１年９月２９日２１：１６：０３，改进型ＣＺ一２Ｆ　Ｔ１　

运载火箭载着天宫一号目标飞行器准时点火起飞并　

按预定程序飞行。飞行５８２．１ｓ后，目标飞行器与火箭　

分离，进人轨道倾角约４２．８。、近地点高度２００ｋｍ、远　

地点高度３４６ｋｍ的初始轨道。在第４圈、第１３圈实　

施两次变轨后，目标飞行器进入平均高度３５４ｋｍ的　

近圆轨道。９月２９日至１０月６日，进行了目标飞行　

器的交会对接支持设备、姿态和轨道控制、能源、环　

热控、信息管理等平台功能测试。在飞船发射前６ｄ　

和前１ｄ，分别进行了调相和轨道圆化控制，使目标飞　

行器进入高度约３４３ｋｍ的近圆对接轨道。１０月３０　

日，目标飞行器偏航１８０。转入倒飞姿态，等待与神舟　

八号飞船对接。　

１１月１日０５：５８：１０，改进型ＣＺ一２Ｆ　Ｙ８运载火箭　

载着神舟八号飞船起飞并按预定程序飞行，５８２．７ｓ　

后船箭分离，飞船进入轨道倾角约４２．８。、近地点高　

度２００ｋｍ、远地点高度３３０ｋｍ的初始运行轨道，相对　

目标飞行器的初始相位角约８８．７。。在远距离导引　

段，地面测控网测量飞船和目标飞行器轨道，由飞控　

中心根据交会变轨策略计算飞船的轨控参数，注入　

到飞船上，通过５次变轨，将飞船导引到自主控制段　

起始点。　

１１月２日２３：０８，在第２８圈圣地亚哥站测控区　

内飞船转人自主控制，经寻的、接近和平移靠拢段实　

现与目标飞行器对接机构接触。在寻的段，飞船采用　

ｃ—ｗ相对制导，通过４次轨道机动，将飞船送人与　

目标飞行器在同一轨道平面内，同一轨道高度、正后　

方５ｋｍ停泊点。在接近段的４００ｍ接近和１４０ｍ接近　

过程中，采用ｃ—ｗ制导和视线制导相结合的方案，　

通过２次轨道控制，飞船进入１４０ｍ停泊点，停泊　

３ｍｉｎ５７ｓ后转出。平移靠拢段从１４０ｍ开始，采用六　

自由度控制方式，飞船进入３０ｍ停泊点，停泊　

４ｒｎｉｎ０９ｓ后转出。两飞行器相距０．４ｍ时，飞船ＧＮＣ　

停控。　

１１月３日０１：２８，对接环接触，经捕获、缓冲、校　

正、拉近、锁紧等，飞船与目标飞行器形成刚性连接。　

两飞行器对接后，飞船转入停靠模式，由目标飞行器　

负责组合体控制与管理。　

在组合体运行段，神舟八号飞船和目标飞行器　

实现总线并网，组合体转正飞状态。１１月１４日，组合　

体飞行第１２ｄ在纳米比亚站至远望三号船连续测控　

区内，进行了二次对接试验，二次对接采用飞船后向　

撤离和正向接近的飞行方式进行。　

１１月１６日１８：２６，神舟八号飞船与目标飞行器　

分离。飞船先后完成第一次调姿、轨道舱返回舱分离　

和第二次调姿，在纳米比亚站测控区内按照程序和　

注人的控制参数进行制动。两舱制动减速后，保持惯　

性滑行至约１４５ｋｍ高度推返正常分离，返回舱调整　

配平攻角，建立升力式返回再人姿态后再人大气层，　

约ｌＯｋｍ高度时引导伞、减速伞、主伞陆续正常开伞，　

ＧＮＣ进行减旋控制，落地前反推发动机点火工作，　

１９：３２返回舱着陆。　

目标飞行器与飞船分离后，于１１月１８日通过２　

次变轨控制，轨道高度抬升至３８２ｋｍ，进入独立在轨　

飞行，等待与神舟九号飞船的对接，其问将进行有效　

载荷科学实验和应用。　

２总体评价　

天宫一号／神舟八号交会对接飞行任务，对工　

第１期　周建平：天官一号／｝申舟八号交会对接任务总体评述　３　

程总体和各系统方案，特别是目标飞行器和飞船发　

射人轨、远距离导引、自主控制、对接、组合体飞行、　

分离、撤离及返回着陆进行了全面的考核验证，工　

程各系统工作正常，可靠地完成了全部任务，实现　

了“准确进入轨道、精确交会对接、稳定组合运行、　

安全撤离返回”的任务目标。首次交会对接任务的　

成功实施表明，工程总体：疗案和各系统方案正确，　

系统间接口协调、匹配；各　系统完成了规定的任务，　

功能、性能和技术指标满足要求；突破和基本掌握　

了交会对接关键技术；首次交会对接任务取得圆满　

成功。　

航天员系统研制的装船、装器产品在轨工作正　

常，完成了医学和工效学评价各项实验任务。　

空间应用系统研制的有效载荷在轨运行状态良　

好，多光谱数据完整、图像清晰；空间环境探测和空　

间材料科学实验获取了具：有研究价值的实验数据；　

中德生物培养装置完成了在轨试验、回收及地面比　

对实验，实验样品状态良好。任务期间空间环境监　

测、预报保障有力，有效载荷应用中心运行正常。　

载人飞船系统突破了交会对接制导、导航与控　

制、对接机构及自主测量等关键技术，研制了具备交　

会对接功能的载人飞船，设计了合理可行的交会对　

接飞行程序。飞行任务中，飞船姿态与轨道控制、交　

会对接自主测量、对接与分离等交会对接功能正常、　

程序协调，能源系统正常、整船能量平衡，回收伞系　

统、着陆反推发动机等可靠性改进有效。　

运载火箭系统突破了迭代制导、组合导航、双惯　

组冗余、控制系统三冗余计算机、冯・卡门外形整流　

罩、助推器氧化剂箱改进等关键技术，研制了改进型　

ｃｚ一２Ｆ运载火箭，有效提高了运载火箭的人轨精度、　

运载能力和可靠性。飞行过程中各系统工作正常，控　

制程序执行正确。　

发射场系统地面设施设备运行稳定，测试发射　

流程合理可行。　

测控通信系统构建了陆海天基一体化测控通信　

网，飞行任务中，测控通信网工作正常，飞行控制快　

速准确，远距离导引精度高。　

着陆场系统主副场测控设备及时跟踪测量了返　

回舱出黑障前后的轨道，遥测遥控正常，通信信道畅　

通，快速完成了搜索处置返回舱和有效载荷。　

空间实验室系统突破了变结构姿轨控、能源管　

理、信息管理、载人环境控制、对接分离等组合体控　

制关键技术，研制了具备交会对接和组合体控制功　

能的目标飞行器，设计了合理可行的飞行程序。飞行　

任务中，交会对接支持、组合体控制功能正常、程序　

协调，能源系统正常、整器能量平衡，推进剂等消耗　

性资源剩余量在设计范围内，满足后续交会对接任　

务需求。　

首次交会对接任务飞行结果表明，上述各参试　

系统总体方案正确，满足工程总体规定的技术要求　

和指标，均圆满完成了任务。　

３飞行任务主要成果　

３．１突破和基本掌握了自动交会对接技术　

（１）制定了合理正确的技术路线。实践证明，制　

定的以神舟飞船为基础研制追踪飞行器和目标飞　

行器，运载火箭提高人轨精度和运载能力，采用陆　

海天基测控通信网完成远距离交会导引控制及双　

目标测控，采用飞船船载自主测量设备进行相对测　

量，由飞船自动完成近距离交会飞行控制，采用导　

向瓣内翻周边式对接机构的技术路线正确，关键技　

术均获突破。　

（２）设计了科学合理的交会对接飞行程序。在　

系统分析各项制约因素和风险的基础上，进行了科　

学合理的任务规划，设计了完备的交会对接飞行程　

序和故障预案。开展了轨道共面、能源、热控、相位、　

测量敏感器光照约束、测控覆盖等多种约束条件下　

的任务规划，完成了远距离导引、自主控制、对接、　

组合体运行、撤离与返回等交会对接程序设计，确　

保了关键事件测控支持。实践证明交会对接飞行程　

序设计科学合理，实现了总体优化和高可靠、高安　

全的要求，为圆满完成我国首次空间交会对接奠定　

了基础。　

（３）掌握了交会对接大型地面试验设备研制与　

试验技术。研制了九自由度运动模拟器、对接机构缓　

冲试验台、交会对接仿真系统等交会对接大型地面　

设备，建设了交会技术综合实验室、对接动力学实验　

室等，开展了交会和对接半物理仿真、九自由度自动　

和手控半物理仿真、近距离综合闭环仿真、交会对接　

测量设备测试、对接／分离功能和性能测试、组合体　

４　载人航天　第１８卷　

控制与管理功能和性能测试等大型试验，比较全面　

地覆盖了交会对接全过程，地面试验结果与飞行结　

果一致。　

３．２研制了具备天地往返运输功能的载人运输飞船　

在神舟飞船基础上研制的改进型神舟载人运输　

飞船，具备自动和人工控制交会对接功能，突破了交　

会对接制导、导航与控制、对接机构、交会对接测量　

设备等关键技术，改进和优化了降落伞等分系统，进　

一

步提高了飞船的性能和可靠性安全性。由改进型　

神舟飞船和ＣＺ一２Ｆ运载火箭共同构成的载人天地往　

返运输系统将为我国空间站建设和运行提供乘员天　

地往返运输服务。　

（１）突破了交会对接制导、导航与控制技术。采　

用的交会对接轨道控制策略以及制导和控制技术，　

充分利用了测控网资源，优化了制导控制律和姿态　

控制律，具有多种故障条件下的重构和应对能力；建　

立的实物、半实物和数学仿真系统对交会过程进行　

了充分、有效的试验验证。　

（２）突破了对接机构技术。研制了异体同构周　

边式对接机构，突破了对接机构设计、分析、试验与　

制造技术，掌握了对接缓冲参数设计、总体布局参　

数设计、结构参数设计以及精度分配等总体设计技　

术，对接动力学建模与仿真分析方法，电性能、整机　

特性、对接缓冲及连接分离等试验技术，捕获锁、对　

接锁、驱动组合、差动组合、弹簧机构、电连接机构、　

电磁阻尼器、摩擦制动器等关键部件的制造技术。　

对接机构可适应目前交会对接任务及未来空间站　

的需要。　

（３）突破了交会对接自主测量技术。基于微波雷　

达、激光雷达和ＣＣＤ图像测量技术的飞船船载测量　

设备，可以获得百公里以远到对接过程飞船和目标　

飞行器之间的相对位置（包括距离和指向）和相对速　

度，测量精度高，设备重量轻，技术体制先进。　

３．３研制了中国首个试验性空间实验室　

天宫一号目标飞行器除支持交会对接外，还具　

备组合体运行管理和支持开展航天员中短期在轨驻　

留、空间科学实验、航天医学实验和空间技术试验的　

功能，是一个功能基本完整、规模较小的试验性空间　

实验室。天官一号既保证了全面验证交会对接技术，　

又对多项空间站关键技术开展了技术验证，降低了　

飞行试验消耗，提高了效费比。　

（１）突破了多项空间实验室平台关键技术。天宫　

一

号目标飞行器首次在国内低轨飞行器上采用　

１００Ｖ高压母线、三结砷化镓太阳电池、半刚性太阳　

帆板及镍氢电池，研制成功了适用于载人空间实验　

室及空间站的新一代能源系统。突破了金属膜片成　

形、膜盒组件焊接、双金属焊接和热旋压成形等关键　

工艺技术，研制了可长期贮存、多次加注泄出的高排　

放效率金属膜盒贮箱，可满足未来空间站多次补加　

任务需要。设计了微流星体及空间碎片防护方案，利　

用辐射器兼作实验舱密封舱段的防护结构，并在高　

风险撞击区设计了专用防护结构。采用整体壁板技　

术设计制造的实验舱结构效率高、漏率低。　

（２）突破了组合体控制与管理技术。设计了变结　

构飞行器姿态控制方案，国内首次采用控制力矩陀　

螺（ＣＭＧ）和磁力矩器控制为主的姿控方案，控制力　

矩大、控制能力强、控制精度高，大幅减少了在轨飞　

行的资源消耗；采用空空通信和总线并网的无线和　

有线两条链路实现了两飞行器问的信息通信；组合　

体运行期间，两飞行器电源并网，由目标飞行器统一　

对组合体进行姿态与轨道控制、信息管理、能源管　

理、热管理和环境控制。　

３．４研制了高入轨精度、高可靠的载人运载火箭　

改进型ＣＺ一２Ｆ载人运载火箭采用迭代制导方法　

和组合导航技术显著提高了人轨精度，改进了助推　

器结构以增加推进剂加注量，新设计的控制系统提　

高了冗余度和容错能力，满足了交会对接对运载火　

箭严苛的入轨精度和可靠性要求。研制的新型目标　

飞行器整流罩是我国目前最大的整流罩。　

（１）突破了运载火箭高精度人轨技术。首次在　

我国运载火箭上采用迭代制导控制技术，解决了迭　

代制导数学模型、迭代算法优化、快速平稳收敛等　

关键技术问题，加强了算法的可靠性和安全性设　

计，提高了迭代制导对飞行中系统干扰及故障的适　

应能力。采用组合导航技术方案，引入卫星导航信　

息，有效修正了惯性器件误差。飞行试验表明，火箭　

人轨精度大幅提高，降低了飞行器消除人轨偏差的　

推进剂消耗。　

（２）突破了运载火箭控制系统冗余设计技术及　

故障检测隔离与重组技术。采用三冗余箭载计算机、　

第１期　周建平：天宫一号／神舟八号交会对接任务总体评述　５　

三冗余功率放大器和伺服机构前置级伺服阀、三冗　

余伺服机构反馈电位计、软硬件一体化设计的三冗　

二者协同配合，关键飞行弧段互为备份，增强了测控　

通信系统的可靠性，提升了测控通信系统的任务支　

持能力。　

余时序控制器、双捷联陨组、双速率陀螺等冗余设计　

技术以及飞行控制软件冗余信息管理技术，进一步　

提高了系统可靠性。　

（３）突破了冯・卡门外形整流罩设计制造与分离　

（２）突破了高精度远距离导引技术。综合利用陆　

海天基测控资源，融合处理ＵＳＢ外测、中继外测和　

卫星导航遥测等多种数据，及时更新空间环境参数　

技术。国内首次在设计中采用冯・卡门外形整流罩方　

案，降低了火箭飞行中的气动阻力。采用玻璃钢蒙　

皮＋铝蜂窝夹层结构、承载一体化透波口以及直筒段　

分段连接结构，解决了制造中的关键工艺技术难题。　

整流罩纵向解锁采用膨胀管一凹口螺栓和导爆索冗　

并进行在轨实时辨识，较好解决了低轨航天器中长　

期轨道预报受空间环境等不定因素影响较大以及短　

弧定轨偏差较大的问题；综合优化远距离导引轨道　

控制策略，在两天交会期间频繁变轨情况下，满足了　

轨控时效性和精度的要求，获得了很高的远距离导　

引精度；针对轨控相关故障模式，采取轨道重构的方　

法，制定了多种轨道控制预案。　

余设计方案，提高了分离可靠性。　

３．５构建了陆海天基一体化测控网　

利用定点于东经７７。和东经１７６．８。的两颗天链　

一

４结论与展望　

天宫一号／神舟八号交会对接任务圆满成功，实　

现了我国航天技术新的跨越，使中国成为第三个独　

立实现载人航天空间飞行器交会对接的国家。按照　

号中继卫星以及布局于国内外的陆基测控站、测　

控船，并通过国际联网使用国外测控站资源，构建了　

国内迄今为止规模最大、系统最复杂的陆海天基一　

体化测控网，测控覆盖率由以前的１５％提高到约　

７０％，较好地满足了交会对：凌的测控支持要求，确保　

了任务的可靠完成。　

（１）统筹利用陆海天基测控资源，实现资源优化　

交会对接任务总体规划，还将陆续实施神舟九号、神　

舟十号飞船与天宫一号目标飞行器的交会对接飞行　

试验，进一步验证自动交会对接技术，并将首次验证　

配置。充分发挥天基测控高覆盖率和双目标连续测　

控的优势，保证了飞船和目标飞行器长弧段的遥测、　

人控交会对接技术。在我国空间站建造和运营中，交　

会对接技术将在舱段在轨组装、航天员定期轮换、货　

遥控及图像话音的高质量传输，提高了远距离导引　

段测轨、定轨和轨道预报盼精度；陆海基测控站重点　

覆盖关键事件和航天器大姿态运动情况下的测控，　

物运输和燃料补给等方面发挥重要作用。交会对接　

技术在载人登月、深空探测和航天器在轨服务中亦　

具有广阔的应用前景。　◇　

Ａ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｔｉａｎｇｏｎｇ－ｌ／Ｓｈｅｎｚｈｏｕ－８　Ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ　ａｎｄ　Ｄｏｃｋｉｎｇ　Ｍｉｓｓｉｏｎ　

ＺＨＯＵ　Ｊｉａｎｐｉｎｇ　

（Ｃｈｉｎａ　Ｍａｎｎｅｄ　Ｓｐａｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｏｆｉｃｅ，Ｂｅｉｆｊｉｎｇ　１００７２０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｓｕｃｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｔｉａｎｇｏｎｇ－１／Ｓｈｅｎｚｈｏｕ一８　ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ　ａｎｄ　ｄｏｃｋｉｎｇ　ｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｇｒｅａｔ　ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ　ｏｆ　

Ｃｈｉｎａ　ｉｎ　ｓｐａｃｅ　ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ　ａｎｄ　ｄｏｃｋｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａ　ｂａｓｉｃ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｉａｎｇｏｎｇ－ｌａｎｄ　Ｓｈｅｎｚｈｏｕ－８　ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ　

ａｎｄ　ｄｏｃｋｉｎｇ　ｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒ￣ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｍａｉｎ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ｂｅｉｎｇ　ｐｕｔ　

ｆｏｒｗａｒｄ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｉａｎｇｏｎｇ－１；Ｓｈｅｎｚｈｏｕ－８；Ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ　ａｎｄ　Ｄｏｃｋｉｎｇ　

2024年4月25日发(作者：满梦菡)

第１８卷第１期　

载人航天　

Ｖｏ１．１８　Ｎｏ．１　

１　

２０１２年１月　

Ｍａｎｎｅｄ　Ｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔ　

天宫一号／神舟八号交会对接任务总体评述　

周建平　

（中国载人航天工程办公室，北京１００７２０）　

摘要天宫一号／神舟八号交会对接任务圆满成功，标志着我国空间交会对接技术取　

得重大突破。本文介绍了天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船交会对接飞行任务的基本情　

况、总体评价及主要成果。　

关键词天宫一号；神舟八号；交会对接　

中图分类号：Ｖ５２６文献标识码：Ａ文章编号：１６７４—５８２５（２０１２）０１—０００１—０５　

２０１１年１１月３日，天宫一号目标飞行器与神舟　

八号飞船成功实现了我国首次空间飞行器自动交会　

对接，我国空间交会对接技术取得重大突破。这是继　

突破载人飞船天地往返和航天员空间出舱活动技术　

后，我国载人航天技术发展的又一新的里程碑，为实　

现我国载人航天工程“ｊ步走”发展战略，建造和运　

营空间站迈出了关键的一步。　

器作为对接目标，支持与飞船的多次交会对接，同时　

具备组合体运行管理、航天员中短期在轨驻留、空间　

科学实验等功能，验证交会对接和空间站部分关键　

技术；研制改进型ｃｚ一２Ｆ运载火箭，提高人轨精度、　

运载能力和可靠性，用于发射载人飞船和目标飞行　

器；采用陆海天基测控通信网，完成飞行器全程测控　

通信任务和飞船交会飞行的远距离导引控制任务；　

采用微波雷达、激光雷达和ＣＣＤ图像测量设备测量　

两个飞行器的空间相对位置，由飞船自主完成近距　

离交会飞行控制；采用导向瓣内翻的周边式对接机　

构自动完成两飞行器的捕获、锁紧。载人飞行器按照　

“

一

ｌ飞行任务基本情况　

１．１交会对接技术方案概述　

天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船交会对接　

任务是在载人航天工程两总和工程总体的领导和组　

织下，在载人航天工程航天员、空间应用、载人飞船、　

度故障工作、二度故障安全”进行设计。　

天宫一号目标飞行器采用实验舱和资源舱两　

运载火箭、发射场、测控通信、着陆场和空间实验室　

八大系统密切配合下共同完成的。　

我国首次交会对接采取的主要技术路线是：以　

工程第一步任务研制的神舟飞船为基础研制交会对　

舱构型，具备支持交会对接、接纳航天员访问、进　

行组合体管理和开展空间科学实验和应用等功　

能。实验舱前端框安装被动式对接机构，舱外安装　

飞船交会对接测量设备的合作目标等设备，密封　

舱内部为航天员工作和生活场所。资源舱为柱段　

非密封结构，配置推进系统和太阳电池翼等，提供　

动力和能源。　

接追踪飞行器，使其具备自动和手动交会对接功能　

以完成交会对接飞行试验任务，对部分设备进行改　

进和完善，以提高可靠性安全性及功能和性能，改进　

后的神舟飞船未来将作为天地往返载人运输系统为　

空间站提供航天员天地往返运输服务和部分物资的　

天地上下行运输服务；全新研制天宫一号目标飞行　

收稿日期：２０１１－１２—２４；修回日期：２０１２—０１—１０　

改进型神舟八号飞船沿用三舱结构，在原神舟　

飞船的基础上新增了交会对接功能：轨道舱前端安　

装导向瓣内翻的异体同构周边式主动对接机构，舱　

作者简介：周建平（１９５７一），男，博士，巾国载人航天工程总设计师。　

２　载人航天　第ｌ８卷　

外安装微波雷达、激光雷达、ＣＣＤ光学敏感器、电视　

摄像机等交会测量设备，增加反推和平移发动机，具　

备自动和手动交会对接功能。　

ＣＺ一２Ｆ运载火箭改进了助推器结构以增加推进　

剂加注量，提高了运载能力；控制系统进一步增加了　

冗余度，利用组合导航修正惯导误差并采用摄动＋迭　

代制导方法，提高了可靠性和人轨精度；新研直径　

４．２ｍ的整流罩用于目标飞行器的发射。　

天宫一号目标飞行器科学实验和应用载荷包括　

对地观测、空间材料科学实验、空间环境与物理探测　

和再生生保技术试验设备等；神舟八号飞船主要载　

荷为中德合作通用生物培养装置。　

发射场为酒泉卫星发射中心载人航天发射场。　

由北京、东风、西安三个任务中心，中继卫星控管中　

心，１５个国内外陆基测控站，３艘测量船，天链一号　

０１、０２中继卫星和地面通信网组成陆、海、天基一体　

化测控通信网，测控覆盖率提高到约７０％，确保了交　

会对接关键事件的测控覆盖，可同时支持飞船和目　

标飞行器的测控。主着陆场位于内蒙古自治区苏尼　

特右旗以西地区。　

１．２主要飞行过程　

２０１１年９月２９日２１：１６：０３，改进型ＣＺ一２Ｆ　Ｔ１　

运载火箭载着天宫一号目标飞行器准时点火起飞并　

按预定程序飞行。飞行５８２．１ｓ后，目标飞行器与火箭　

分离，进人轨道倾角约４２．８。、近地点高度２００ｋｍ、远　

地点高度３４６ｋｍ的初始轨道。在第４圈、第１３圈实　

施两次变轨后，目标飞行器进入平均高度３５４ｋｍ的　

近圆轨道。９月２９日至１０月６日，进行了目标飞行　

器的交会对接支持设备、姿态和轨道控制、能源、环　

热控、信息管理等平台功能测试。在飞船发射前６ｄ　

和前１ｄ，分别进行了调相和轨道圆化控制，使目标飞　

行器进入高度约３４３ｋｍ的近圆对接轨道。１０月３０　

日，目标飞行器偏航１８０。转入倒飞姿态，等待与神舟　

八号飞船对接。　

１１月１日０５：５８：１０，改进型ＣＺ一２Ｆ　Ｙ８运载火箭　

载着神舟八号飞船起飞并按预定程序飞行，５８２．７ｓ　

后船箭分离，飞船进入轨道倾角约４２．８。、近地点高　

度２００ｋｍ、远地点高度３３０ｋｍ的初始运行轨道，相对　

目标飞行器的初始相位角约８８．７。。在远距离导引　

段，地面测控网测量飞船和目标飞行器轨道，由飞控　

中心根据交会变轨策略计算飞船的轨控参数，注入　

到飞船上，通过５次变轨，将飞船导引到自主控制段　

起始点。　

１１月２日２３：０８，在第２８圈圣地亚哥站测控区　

内飞船转人自主控制，经寻的、接近和平移靠拢段实　

现与目标飞行器对接机构接触。在寻的段，飞船采用　

ｃ—ｗ相对制导，通过４次轨道机动，将飞船送人与　

目标飞行器在同一轨道平面内，同一轨道高度、正后　

方５ｋｍ停泊点。在接近段的４００ｍ接近和１４０ｍ接近　

过程中，采用ｃ—ｗ制导和视线制导相结合的方案，　

通过２次轨道控制，飞船进入１４０ｍ停泊点，停泊　

３ｍｉｎ５７ｓ后转出。平移靠拢段从１４０ｍ开始，采用六　

自由度控制方式，飞船进入３０ｍ停泊点，停泊　

４ｒｎｉｎ０９ｓ后转出。两飞行器相距０．４ｍ时，飞船ＧＮＣ　

停控。　

１１月３日０１：２８，对接环接触，经捕获、缓冲、校　

正、拉近、锁紧等，飞船与目标飞行器形成刚性连接。　

两飞行器对接后，飞船转入停靠模式，由目标飞行器　

负责组合体控制与管理。　

在组合体运行段，神舟八号飞船和目标飞行器　

实现总线并网，组合体转正飞状态。１１月１４日，组合　

体飞行第１２ｄ在纳米比亚站至远望三号船连续测控　

区内，进行了二次对接试验，二次对接采用飞船后向　

撤离和正向接近的飞行方式进行。　

１１月１６日１８：２６，神舟八号飞船与目标飞行器　

分离。飞船先后完成第一次调姿、轨道舱返回舱分离　

和第二次调姿，在纳米比亚站测控区内按照程序和　

注人的控制参数进行制动。两舱制动减速后，保持惯　

性滑行至约１４５ｋｍ高度推返正常分离，返回舱调整　

配平攻角，建立升力式返回再人姿态后再人大气层，　

约ｌＯｋｍ高度时引导伞、减速伞、主伞陆续正常开伞，　

ＧＮＣ进行减旋控制，落地前反推发动机点火工作，　

１９：３２返回舱着陆。　

目标飞行器与飞船分离后，于１１月１８日通过２　

次变轨控制，轨道高度抬升至３８２ｋｍ，进入独立在轨　

飞行，等待与神舟九号飞船的对接，其问将进行有效　

载荷科学实验和应用。　

２总体评价　

天宫一号／神舟八号交会对接飞行任务，对工　

第１期　周建平：天官一号／｝申舟八号交会对接任务总体评述　３　

程总体和各系统方案，特别是目标飞行器和飞船发　

射人轨、远距离导引、自主控制、对接、组合体飞行、　

分离、撤离及返回着陆进行了全面的考核验证，工　

程各系统工作正常，可靠地完成了全部任务，实现　

了“准确进入轨道、精确交会对接、稳定组合运行、　

安全撤离返回”的任务目标。首次交会对接任务的　

成功实施表明，工程总体：疗案和各系统方案正确，　

系统间接口协调、匹配；各　系统完成了规定的任务，　

功能、性能和技术指标满足要求；突破和基本掌握　

了交会对接关键技术；首次交会对接任务取得圆满　

成功。　

航天员系统研制的装船、装器产品在轨工作正　

常，完成了医学和工效学评价各项实验任务。　

空间应用系统研制的有效载荷在轨运行状态良　

好，多光谱数据完整、图像清晰；空间环境探测和空　

间材料科学实验获取了具：有研究价值的实验数据；　

中德生物培养装置完成了在轨试验、回收及地面比　

对实验，实验样品状态良好。任务期间空间环境监　

测、预报保障有力，有效载荷应用中心运行正常。　

载人飞船系统突破了交会对接制导、导航与控　

制、对接机构及自主测量等关键技术，研制了具备交　

会对接功能的载人飞船，设计了合理可行的交会对　

接飞行程序。飞行任务中，飞船姿态与轨道控制、交　

会对接自主测量、对接与分离等交会对接功能正常、　

程序协调，能源系统正常、整船能量平衡，回收伞系　

统、着陆反推发动机等可靠性改进有效。　

运载火箭系统突破了迭代制导、组合导航、双惯　

组冗余、控制系统三冗余计算机、冯・卡门外形整流　

罩、助推器氧化剂箱改进等关键技术，研制了改进型　

ｃｚ一２Ｆ运载火箭，有效提高了运载火箭的人轨精度、　

运载能力和可靠性。飞行过程中各系统工作正常，控　

制程序执行正确。　

发射场系统地面设施设备运行稳定，测试发射　

流程合理可行。　

测控通信系统构建了陆海天基一体化测控通信　

网，飞行任务中，测控通信网工作正常，飞行控制快　

速准确，远距离导引精度高。　

着陆场系统主副场测控设备及时跟踪测量了返　

回舱出黑障前后的轨道，遥测遥控正常，通信信道畅　

通，快速完成了搜索处置返回舱和有效载荷。　

空间实验室系统突破了变结构姿轨控、能源管　

理、信息管理、载人环境控制、对接分离等组合体控　

制关键技术，研制了具备交会对接和组合体控制功　

能的目标飞行器，设计了合理可行的飞行程序。飞行　

任务中，交会对接支持、组合体控制功能正常、程序　

协调，能源系统正常、整器能量平衡，推进剂等消耗　

性资源剩余量在设计范围内，满足后续交会对接任　

务需求。　

首次交会对接任务飞行结果表明，上述各参试　

系统总体方案正确，满足工程总体规定的技术要求　

和指标，均圆满完成了任务。　

３飞行任务主要成果　

３．１突破和基本掌握了自动交会对接技术　

（１）制定了合理正确的技术路线。实践证明，制　

定的以神舟飞船为基础研制追踪飞行器和目标飞　

行器，运载火箭提高人轨精度和运载能力，采用陆　

海天基测控通信网完成远距离交会导引控制及双　

目标测控，采用飞船船载自主测量设备进行相对测　

量，由飞船自动完成近距离交会飞行控制，采用导　

向瓣内翻周边式对接机构的技术路线正确，关键技　

术均获突破。　

（２）设计了科学合理的交会对接飞行程序。在　

系统分析各项制约因素和风险的基础上，进行了科　

学合理的任务规划，设计了完备的交会对接飞行程　

序和故障预案。开展了轨道共面、能源、热控、相位、　

测量敏感器光照约束、测控覆盖等多种约束条件下　

的任务规划，完成了远距离导引、自主控制、对接、　

组合体运行、撤离与返回等交会对接程序设计，确　

保了关键事件测控支持。实践证明交会对接飞行程　

序设计科学合理，实现了总体优化和高可靠、高安　

全的要求，为圆满完成我国首次空间交会对接奠定　

了基础。　

（３）掌握了交会对接大型地面试验设备研制与　

试验技术。研制了九自由度运动模拟器、对接机构缓　

冲试验台、交会对接仿真系统等交会对接大型地面　

设备，建设了交会技术综合实验室、对接动力学实验　

室等，开展了交会和对接半物理仿真、九自由度自动　

和手控半物理仿真、近距离综合闭环仿真、交会对接　

测量设备测试、对接／分离功能和性能测试、组合体　

４　载人航天　第１８卷　

控制与管理功能和性能测试等大型试验，比较全面　

地覆盖了交会对接全过程，地面试验结果与飞行结　

果一致。　

３．２研制了具备天地往返运输功能的载人运输飞船　

在神舟飞船基础上研制的改进型神舟载人运输　

飞船，具备自动和人工控制交会对接功能，突破了交　

会对接制导、导航与控制、对接机构、交会对接测量　

设备等关键技术，改进和优化了降落伞等分系统，进　

一

步提高了飞船的性能和可靠性安全性。由改进型　

神舟飞船和ＣＺ一２Ｆ运载火箭共同构成的载人天地往　

返运输系统将为我国空间站建设和运行提供乘员天　

地往返运输服务。　

（１）突破了交会对接制导、导航与控制技术。采　

用的交会对接轨道控制策略以及制导和控制技术，　

充分利用了测控网资源，优化了制导控制律和姿态　

控制律，具有多种故障条件下的重构和应对能力；建　

立的实物、半实物和数学仿真系统对交会过程进行　

了充分、有效的试验验证。　

（２）突破了对接机构技术。研制了异体同构周　

边式对接机构，突破了对接机构设计、分析、试验与　

制造技术，掌握了对接缓冲参数设计、总体布局参　

数设计、结构参数设计以及精度分配等总体设计技　

术，对接动力学建模与仿真分析方法，电性能、整机　

特性、对接缓冲及连接分离等试验技术，捕获锁、对　

接锁、驱动组合、差动组合、弹簧机构、电连接机构、　

电磁阻尼器、摩擦制动器等关键部件的制造技术。　

对接机构可适应目前交会对接任务及未来空间站　

的需要。　

（３）突破了交会对接自主测量技术。基于微波雷　

达、激光雷达和ＣＣＤ图像测量技术的飞船船载测量　

设备，可以获得百公里以远到对接过程飞船和目标　

飞行器之间的相对位置（包括距离和指向）和相对速　

度，测量精度高，设备重量轻，技术体制先进。　

３．３研制了中国首个试验性空间实验室　

天宫一号目标飞行器除支持交会对接外，还具　

备组合体运行管理和支持开展航天员中短期在轨驻　

留、空间科学实验、航天医学实验和空间技术试验的　

功能，是一个功能基本完整、规模较小的试验性空间　

实验室。天官一号既保证了全面验证交会对接技术，　

又对多项空间站关键技术开展了技术验证，降低了　

飞行试验消耗，提高了效费比。　

（１）突破了多项空间实验室平台关键技术。天宫　

一

号目标飞行器首次在国内低轨飞行器上采用　

１００Ｖ高压母线、三结砷化镓太阳电池、半刚性太阳　

帆板及镍氢电池，研制成功了适用于载人空间实验　

室及空间站的新一代能源系统。突破了金属膜片成　

形、膜盒组件焊接、双金属焊接和热旋压成形等关键　

工艺技术，研制了可长期贮存、多次加注泄出的高排　

放效率金属膜盒贮箱，可满足未来空间站多次补加　

任务需要。设计了微流星体及空间碎片防护方案，利　

用辐射器兼作实验舱密封舱段的防护结构，并在高　

风险撞击区设计了专用防护结构。采用整体壁板技　

术设计制造的实验舱结构效率高、漏率低。　

（２）突破了组合体控制与管理技术。设计了变结　

构飞行器姿态控制方案，国内首次采用控制力矩陀　

螺（ＣＭＧ）和磁力矩器控制为主的姿控方案，控制力　

矩大、控制能力强、控制精度高，大幅减少了在轨飞　

行的资源消耗；采用空空通信和总线并网的无线和　

有线两条链路实现了两飞行器问的信息通信；组合　

体运行期间，两飞行器电源并网，由目标飞行器统一　

对组合体进行姿态与轨道控制、信息管理、能源管　

理、热管理和环境控制。　

３．４研制了高入轨精度、高可靠的载人运载火箭　

改进型ＣＺ一２Ｆ载人运载火箭采用迭代制导方法　

和组合导航技术显著提高了人轨精度，改进了助推　

器结构以增加推进剂加注量，新设计的控制系统提　

高了冗余度和容错能力，满足了交会对接对运载火　

箭严苛的入轨精度和可靠性要求。研制的新型目标　

飞行器整流罩是我国目前最大的整流罩。　

（１）突破了运载火箭高精度人轨技术。首次在　

我国运载火箭上采用迭代制导控制技术，解决了迭　

代制导数学模型、迭代算法优化、快速平稳收敛等　

关键技术问题，加强了算法的可靠性和安全性设　

计，提高了迭代制导对飞行中系统干扰及故障的适　

应能力。采用组合导航技术方案，引入卫星导航信　

息，有效修正了惯性器件误差。飞行试验表明，火箭　

人轨精度大幅提高，降低了飞行器消除人轨偏差的　

推进剂消耗。　

（２）突破了运载火箭控制系统冗余设计技术及　

故障检测隔离与重组技术。采用三冗余箭载计算机、　

第１期　周建平：天宫一号／神舟八号交会对接任务总体评述　５　

三冗余功率放大器和伺服机构前置级伺服阀、三冗　

余伺服机构反馈电位计、软硬件一体化设计的三冗　

二者协同配合，关键飞行弧段互为备份，增强了测控　

通信系统的可靠性，提升了测控通信系统的任务支　

持能力。　

余时序控制器、双捷联陨组、双速率陀螺等冗余设计　

技术以及飞行控制软件冗余信息管理技术，进一步　

提高了系统可靠性。　

（３）突破了冯・卡门外形整流罩设计制造与分离　

（２）突破了高精度远距离导引技术。综合利用陆　

海天基测控资源，融合处理ＵＳＢ外测、中继外测和　

卫星导航遥测等多种数据，及时更新空间环境参数　

技术。国内首次在设计中采用冯・卡门外形整流罩方　

案，降低了火箭飞行中的气动阻力。采用玻璃钢蒙　

皮＋铝蜂窝夹层结构、承载一体化透波口以及直筒段　

分段连接结构，解决了制造中的关键工艺技术难题。　

整流罩纵向解锁采用膨胀管一凹口螺栓和导爆索冗　

并进行在轨实时辨识，较好解决了低轨航天器中长　

期轨道预报受空间环境等不定因素影响较大以及短　

弧定轨偏差较大的问题；综合优化远距离导引轨道　

控制策略，在两天交会期间频繁变轨情况下，满足了　

轨控时效性和精度的要求，获得了很高的远距离导　

引精度；针对轨控相关故障模式，采取轨道重构的方　

法，制定了多种轨道控制预案。　

余设计方案，提高了分离可靠性。　

３．５构建了陆海天基一体化测控网　

利用定点于东经７７。和东经１７６．８。的两颗天链　

一

４结论与展望　

天宫一号／神舟八号交会对接任务圆满成功，实　

现了我国航天技术新的跨越，使中国成为第三个独　

立实现载人航天空间飞行器交会对接的国家。按照　

号中继卫星以及布局于国内外的陆基测控站、测　

控船，并通过国际联网使用国外测控站资源，构建了　

国内迄今为止规模最大、系统最复杂的陆海天基一　

体化测控网，测控覆盖率由以前的１５％提高到约　

７０％，较好地满足了交会对：凌的测控支持要求，确保　

了任务的可靠完成。　

（１）统筹利用陆海天基测控资源，实现资源优化　

交会对接任务总体规划，还将陆续实施神舟九号、神　

舟十号飞船与天宫一号目标飞行器的交会对接飞行　

试验，进一步验证自动交会对接技术，并将首次验证　

配置。充分发挥天基测控高覆盖率和双目标连续测　

控的优势，保证了飞船和目标飞行器长弧段的遥测、　

人控交会对接技术。在我国空间站建造和运营中，交　

会对接技术将在舱段在轨组装、航天员定期轮换、货　

遥控及图像话音的高质量传输，提高了远距离导引　

段测轨、定轨和轨道预报盼精度；陆海基测控站重点　

覆盖关键事件和航天器大姿态运动情况下的测控，　

物运输和燃料补给等方面发挥重要作用。交会对接　

技术在载人登月、深空探测和航天器在轨服务中亦　

具有广阔的应用前景。　◇　

Ａ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｔｉａｎｇｏｎｇ－ｌ／Ｓｈｅｎｚｈｏｕ－８　Ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ　ａｎｄ　Ｄｏｃｋｉｎｇ　Ｍｉｓｓｉｏｎ　

ＺＨＯＵ　Ｊｉａｎｐｉｎｇ　

（Ｃｈｉｎａ　Ｍａｎｎｅｄ　Ｓｐａｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｏｆｉｃｅ，Ｂｅｉｆｊｉｎｇ　１００７２０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｓｕｃｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｔｉａｎｇｏｎｇ－１／Ｓｈｅｎｚｈｏｕ一８　ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ　ａｎｄ　ｄｏｃｋｉｎｇ　ｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｇｒｅａｔ　ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ　ｏｆ　

Ｃｈｉｎａ　ｉｎ　ｓｐａｃｅ　ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ　ａｎｄ　ｄｏｃｋｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａ　ｂａｓｉｃ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｉａｎｇｏｎｇ－ｌａｎｄ　Ｓｈｅｎｚｈｏｕ－８　ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ　

ａｎｄ　ｄｏｃｋｉｎｇ　ｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒ￣ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｍａｉｎ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ｂｅｉｎｇ　ｐｕｔ　

ｆｏｒｗａｒｄ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｉａｎｇｏｎｇ－１；Ｓｈｅｎｚｈｏｕ－８；Ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ　ａｎｄ　Ｄｏｃｋｉｎｇ