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神舟八号，简称“神八”，为中国载人航天工程发射的第八艘飞船，其主要结构采用的是轨道舱、返回舱、推进舱组成的，返回舱居中的三舱方案。[4]全长 9 米，舱段最大直径 2.8 米， 起飞质量 8082 千克神舟八号与天宫一号执行同一任务，是中国首次进行交会对接航天飞行任务，也是中国“三步走”空间发展战略中建造空间站的重要前提。[5]
任务历程
由于神舟八号飞船和发射飞船的运载火箭均进行了较大技术改进，出于安全考虑，神舟八号为不载人飞行，其主要任务是完成与天宫一号目标飞行器的首次交会对接试验，验证自动交会对接技术、停靠技术、组合体控制与管理技术，同时进一步考核飞船改进后的可靠性和安全性。[5]
火箭发射
2011年11月1日5时58分，神舟八号飞船在酒泉卫星发射中心由新型长征二号F遥八火箭发射。[2]火箭点火发射后，飞行约584秒，船箭分离，飞船进入近地点约200公里、远地点约330公里的初始轨道。[6]跟随神舟八号飞船升空的两个形体假人按程序发出拟人生理信号。[3]
交会对接
交会对接飞行过程分为远距离导引段、自主控制段、对接段、组合体飞行段和分离撤离段。[6]
远距离导引段自神舟八号飞船入轨后开始，在地面测控通信系统的导引下，神舟八号飞船分别于飞行第5圈、第13圈、第16圈、第19圈和第24圈实施了轨道机动[7]，最终于2011年11月2日17时05分[8]转移到与天宫一号目标飞行器共面的330公里的近圆轨道，在天宫一号目标飞行器后下方约52公里处，与其建立稳定的空空通信链路，开始自主导航。[6]
2011年11月2日23时08分，神舟八号飞行第28圈，相距天宫一号117公里时，两飞行器建立相对导航，神舟八号转入自主控制。在交会测量设备的导引下，神舟八号飞船经过55分钟的飞行，4次轨道机动，神舟八号到达距离天宫一号5公里的停泊点；继续飞行85分钟，两飞行器对接机构开始接触，期间，神舟八号在距离天宫一号400米、140米、30米处停泊，进行了位置精度控制和交会测量设备状态确认。[7]
2011年11月3日01时36分，对接机构完成了捕获、缓冲、拉近和锁紧四个过程，两航天器最终实现了刚性连接，形成组合体，交会对接完成，形成组合体。全程耗时8分钟。[7]
组合体运行期间，由天宫一号目标飞行器实施控制，神舟八号飞船处于停靠状态，进行了飞行控制模式转换、电源机组切换、供电和信息并网等试验，充分验证了组合体工作模式。[9]
为了进一步验证交会对接测量设备和对接机构的功能、性能，获取更多的试验数据，2011年11月13日22时37分，在北京航天飞行控制中心的控制下，天宫一号/神舟八号组合体在距地面高度约343公里的近圆轨道上偏航180度，建立倒飞姿态，为实施二次交会对接做好了准备。[10]2011年11月14日19时30分，神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器对接机构解锁，两航天器分离，神舟八号飞船撤离至相距天宫一号目标飞行器140米处停泊[6]。2011年11月14日20时00分，两航天器成功实施了第二次交会对接。[9]
组合体继续飞行2天后，进入分离撤离段，两飞行器再次分离，飞船撤离至距目标飞行器5公里以外的安全距离，交会对接试验结束。[6]
神舟八号/天宫一号首次交会对接时间轴（日期为2011年11月3日）[11]00:41目标飞行器天宫一号目前位于距地球343公里的近圆轨道上00:42北京飞控中心预报：神舟八号飞船将于3日01时07分进入400米停泊点00:46远距离导引段自神舟八号飞船入轨后开始，在地面测控通信系统的导引下，飞船经过5次变轨控制，于2日深夜飞抵天宫一号后下方约52公里处，转入自主控制飞行状态01:01飞船对接机构对接准备01:03神舟八号对接环推出01:05神舟八号对接准备完成01:05飞船第30圈，天宫第541圈，进入马林迪站和天链01星跟踪弧段内，飞船进入400米停泊点01:06地面对神舟八号对接机构的推出和准备情况进行确认后，飞船再次前进01:10神舟八号与天宫一号的距离正不断缩短。相对导航状态正常01:10空空通信正常01:11天宫一号、神舟八号相对距离目前为270米01:16交会对接的接近段已经结束，即将进入平移靠拢段，飞船经过两天多的飞行，与天宫一号的距离只剩最后的140米01:19激光雷达导航01:20CCD导航01:20神舟八号从140米停泊点开始前进，正沿直线缓缓接近天宫一号01:21天宫一号目标飞行器是倒飞状态，神舟八号是正飞01:21飞船正在接近30米停泊点01:22飞船激光雷达切近场合作目标01:23飞船自主进入30米停泊点，稍做停泊01:27飞船转最后靠拢01:29对接环接触01:29神舟八号对接机构上的5个环失衡传感器实时下传的数据表明，两个航天器已经成功接触01:29飞船尾部4台发动机随即点火，给飞船提供一个对接推力01:29对接机构捕获01:29飞船对接机构上的3把捕获锁与天宫一号对接机构上的3个卡板器咬合01:30完成捕获。飞船发动机关机01:30两个航天器完成柔性连接，连接后仍能相互移动01:30飞船对接机构的机械缓冲系统完成缓冲和校正，在缓冲过程中，储存和消耗能量，校正对接换姿态，使其处于水平位置01:30对接锁锁紧开始01:30神舟八号对接机构的对接换环收回，拉近两航天器，两对接机构前端框面互相贴合01:34对接机构端面密封完成01:35两航天器完成刚性连接01:35飞船和天宫一号对接机构上各分布12个对接锁，每个锁由能活动的主动钩和固定的被动钩组成01:36对接机构锁紧完成01:37组合体启控01:38组合体消除姿态偏差01:41组合体消除偏完成01:42北京飞控中心宣布：对接机构锁紧，天宫一号启控，天宫一号、神舟八号交会对接完成
飞船返回
2011年11月17日18时46分，飞船进入返回程序，于2011年11月17日19时36分准确降落在内蒙古四子王旗主着陆场。2011年11月18日，天宫一号目标飞行器变轨至高度约370公里的运行轨道，转入长期运营模式。[9]
任务技术状态
神舟八号飞船为改进型载人飞船，沿用返回舱、推进 舱和轨道舱三舱结构，全长9米，舱段最大直径2.8米， 起飞质量8082千克。增加了微波雷达、激光雷达、CCD 敏感器等交会测量设备，以及主动式对接机构，具备自动和手动交会对接与分离功能。对接机构采用导向板内翻式的异体同构周边式构型，对接后可形成0.8米的航天员转移通道。[12]轨道舱是航天员生活舱，有效活动空间5立方米，舱外安装交会对接测量设备和主动对接机构；返回舱是航天员座舱，配有降落伞和着陆缓冲系统，舱内配置了仪表板、指令板，以及航天员手动控制手柄；推进舱是飞船的动力和能源舱段，安装了轨控、姿控发动机和太阳电池帆板。[6]
神舟八号飞船在前期飞船基础上进行了较大改进，600多台套设备中，一半以上发生了技术状态变化。其中，新研设备约占15％，改进设备约占40％。由于飞船具备了自动和手动交会对接功能，为此，新增和改进了一些设备。如，新研制了异体同构周边式对接机构和多种交会对接测量设备，全新设计研发了用于自主交会对接的控制软件，增加配置了反推发动机和平移发动机，改进研制了航天员手动控制设备。为提高飞船的性能及安全性、可靠性，对部分系统进行了改进。如，飞船在前期可独立飞行5-7天的基础上，具有了与目标飞行器对接后停靠180天的能力；太阳帆板发电能力比一期飞船增加了50%；改进了降落伞和着陆缓冲系统，提高了安全性和可靠性。[13]
国际合作
神舟八号任务对于中国载人航天工程还有另外一个意义，飞船搭载有德中共同研制的生物实验箱（SIMBOX），这是中国首次与另一国家共同使用神舟飞船的资源。[14]
此次德中合作的实验项目由德国航空航天中心航天部负责，德国方面的项目管理由德国航空航天中心与联邦经济技术部共同负责。生物实验箱由德国Astrium公司研制，重25千克，内部体积34升，共设置有40个实验单元，每个实验单元约为一个智能手机大小。[14]
实验箱内共安排了17个生物医学领域的实验项目，由德中研究人员共同操作，德国方面参与研究工作的有埃尔兰根大学、霍芬海姆大学、马格德堡大学、图宾根大学、弗莱堡大学、汉堡大学、柏林沙里特（Charite）医学院的研究人员等。[14]
在17个实验项目中除6个德国项目之外，还有两个德中联合实验项目。第一个联合实验项目由埃尔兰根大学和武汉大学联合开展，第二个联合实验项目由汉堡大学和北京生物物理研究所的专家共同参与。[14]
德中生物实验箱在轨运行17天后，随神舟八号飞船与天宫一号分离，再入大气层，并使用降落伞着陆。[14]
2011年11月18日凌晨0时20分，中德合作生物培养箱平安运抵北京西郊机场。中国西安卫星测控中心与中国科学院空间应用工程与技术中心在机场停机坪进行了载荷交接。随后，载荷被迅速运往中国科学院实验室，进行进一步处理。[15]
任务意义
天宫一号/神舟八号交会对接任务全面实现了“准确进入轨道、精确交会对接、稳定组合运行、安全撤离返回”的预定目标。标志着中国空间交会对接技术取得重大突破，实现了中国空间技术的重大跨越，是中国载人航天事业发展历程中的重要里程碑。[9]
各方评价
“从顺利发射、精准对接到准确回收，中国航天人用完美的表现向世界证明——中国，成为第三个完整独立掌握空间交会对接技术的国家，成功叩开了空间站时代的大门。”——新华网评[16]
“天宫一号与神舟八号交会对接任务圆满成功，表明我国空间交会对接技术取得重大突破，我国空间技术发展实现重大跨越。”
“天宫一号与神舟八号交会对接任务的圆满成功，是我国载人航天事业发展史上的重要里程碑。”
“天宫一号与神舟八号交会对接任务的圆满成功，充分显示了科学发展观在创新实践中的巨大威力。”——人民日报社论[17]
德国宇航中心负责人格尔特·格鲁勃（Gerd Gruppe）表示：“我们和生物培养箱一起飞跃了中国的‘万里长城’，德国在载人航天方面开启了一个新的伙伴关系，与中国的合作扩展了德国科学家在太空领域的科学研究。”[18]
参考资料 18
- 载人飞船系统 — 中国载人航天工程
- 神舟八号 — 国家航天局
- 神八模拟"航天员"状态良好 已发出模拟人体生理信号 — 中国载人航天工程
- 参考 4
- 首次交会对接任务概况 — 中国载人航天工程
- 交会对接任务总指挥部第二场新闻发布会 — 中国载人航天工程
- 交会对接任务总指挥部第三场新闻发布会 — 中国载人航天工程
- 神舟八号飞船完成交会对接准备 — 中国载人航天工程
- 交会对接任务总指挥部第四场新闻发布会文字实录 — 中国载人航天工程
- 天宫神八组合体建立倒飞姿态 做好二次对接准备 — 中国载人航天工程
- 天宫一号神舟八号空间交会对接直播 — 新华网
- 天宫一号/神舟八号 交会对接任务方案 — 中国载人航天工程
- 交会对接任务总指挥部第二场新闻发布会实录 — 中国载人航天工程
- 德中生物实验箱随神舟八号升空 — 中国载人航天工程
- 神八搭载的中德通用生物培养箱运抵北京 — 中国载人航天工程
- 新华网:中国航天——新的高度 新的起点 — 中国载人航天工程
- 人民日报社论:空间探索的重大跨越 — 中国载人航天工程
- 德媒:中德“神舟八号”项目合作创造历史 — 中国载人航天工程