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    空間交會與對接技術是指兩個航天器在空間軌道上會合並在結構上連成一個整體的技術。廣泛用於空間站、空間實驗室、空間通訊和遙感平臺等大型空間設施在軌裝配、回收、補給、維修以及空間救援等領域。

    意義

    空間交會與對接是載人航天活動的三大基本技術之一。所謂三大基本技術就是載人航天器的成功發射和航天員安全返回技術、空間出艙活動技術和空間交會對接技術。只有掌握它們,人類才能自由出入太空,更有效地開發宇宙資源。對於國家來說,還能獨立、平等地參加國際合作。

    在突破並掌握了載人航天的基本技術之後,宇宙飛船的主要用途就是為空間站和月球基地等接送航天員和物資。在航天領域專家常說的一句話是:“造船為建站,建站為應用。”至今發射的宇宙飛船大多是作為空間站的天地往返交通工具和長期停靠在空間站上的救生艇。為了實現宇宙飛船的運輸功能,就必須攻克兩項關鍵技術,那就是宇宙飛船與空間站的空間交會技術與對接技術,主要裝置是交會測量系統和對接機構。

    航天器之間的空間交會對接技術很複雜。在國外載人航天活動早期,航天器之間的空間交會對接過程中經常發生故障與事故,即使在1997年,俄羅斯的兩個航天器還發生過一次重大的空間交會對接事故——“進步M3-4”飛船與“和平”號空間站相撞,使“和平”號空間站上的“光譜”號艙被迫關閉,部分氧氣洩漏,動力系統也受到影響。

    透過多年的努力,目前美國和蘇聯/俄羅斯已完全掌握了在地面支援下的載人交會與對接技術。尤其是蘇聯/俄羅斯在掌握了空間交會與對接技術以後,先後利用飛船的運輸能力發展了幾代載人空間站,在空間交會與對接等方面一直佔據著技術優勢。

    雖然起步較晚,但歐洲、日本等國家在空間交會與對接研究方面已取得長足進步,特別是某些單項技術和裝置,如地面模擬、對接敏感器等,都取得了驚人的進步。日本曾於1998年透過兩顆衛星成功進行了無人交會與對接在軌試驗,2009年又用首個H2轉移飛行器實現了與國際空間站的交會對接。歐洲也在2008年用首個自動轉移飛行器實現了與國際空間站的交會對接。

    技術概述

    在空間交會與對接的兩個航天器中,一個稱目標航天器,一般是空間站或其他的大型航天器,是準備對接的目標;另一個稱追蹤航天器,一般是地面發射的宇宙飛船、太空梭等,是與目標航天器對接的物件。對接物件也可以是太空中失控的或出現故障的航天器。追蹤航天器從發射入軌到最後與目標航天器完成剛性連線,整個過程大致可分為地面導引、自動尋的、最後逼近、對接合攏四個階段。

    航天器之間在空間進行對接時要先交會,即相互接近,它是一個航天器接近另一個航天器的過程。具體地說,就是在太空飛行中,兩個或兩個以上的航天器透過軌道引數的協調,在同一時間到達空間同一位置的過程。美國和蘇聯/俄羅斯曾使用過三種交會的方法,即相切法、共橢圓法和第一遠地點法。它們細說起來一言難盡,但都是利用兩個航天器的不同高度和霍曼變軌原理,使追蹤航天器以不同的速度移向目標航天器。

    兩個航天器交會後要調整各自的位置,使兩個航天器之間逐步達到零距離,最終啟動對接機構實現對接,在機械上聯成一體,形成更大的航天器複合體。實現交會與對接是由交會與對接系統完成的,它通常包括跟蹤測量系統、姿態與軌道控制系統、對接機構機械系統等。兩個航天器在太空進行對接時,其初始條件是兩者保持對接機構的同軸接近方式和確定的縱向速度,以及在其他線座標和角座標上的速度為零。但兩個航天器之間的實際相對運動引數總是有偏差。一般情況下,兩個航天器之間的相對位置及其平動速度通常是靠主動航天器運動控制系統和兩個航天器的定向與穩定系統來維持,前者適用於控制質心的平動運動,後者適用於控制繞質心的轉動運動。

    總之,空間交會與對接過程一般是首先由地面發射追蹤航天器,由地面控制,使它按比目標航天器稍微低一點的圓軌道執行;接著,透過霍曼變軌,使其進入與目標航天器高度基本一致的軌道,並與目標航天器建立通訊關係;接著,追蹤航天器調整自己與目標航天器的相對距離和姿態,向目標航天器靠近;最後當兩個航天器的距離為零時,完成對接合攏操作,結束對接過程。

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