航天器交會對接,指的是兩個航天器(宇宙飛船、航天飛機(jī)、空間站組件等)在太空軌道上會合并在結(jié)構(gòu)上連成一個整體的技術(shù)。也就是兩個航天器合二為一,然后一起在太空軌道上飛行。太空交會對接是實(shí)現(xiàn)空間站、航天飛機(jī)、太空平臺和空間運(yùn)輸系統(tǒng)的太空裝配、回收、補(bǔ)給、維修、航天員交換及營救等在軌服務(wù)的首要條件。
交會對接過程分為地面導(dǎo)引、自動尋的、最后接近和停靠、對接合攏4個階段。
在導(dǎo)引階段,追蹤航天器在地面控制中心的操縱下,經(jīng)過若干次變軌機(jī)動,進(jìn)入到追蹤航天器上的敏感器能捕獲目標(biāo)航天器的范圍。這范圍一般為15～100千米。
在自動尋的階段,追蹤航天器根據(jù)自身的微波和激光敏感器測得的與目標(biāo)航天器的相對運(yùn)動參數(shù),自動引導(dǎo)到目標(biāo)航天器附近的初始瞄準(zhǔn)點(diǎn)。這時,追蹤航天器距目標(biāo)航天器不超過0.5～1千米,由此開始最后接近和停靠。
追蹤航天器首先要捕獲目標(biāo)的對接軸,當(dāng)對接軸線不沿軌道飛行方向時,要求追蹤航天器在軌道平面外進(jìn)行繞飛機(jī)動,以進(jìn)入對接走廊,此時兩個航天器之間的距離約100米,相對速度約1～3米/秒。追蹤航天器攜帶由攝像敏感器和接近敏感器組成的測量系統(tǒng),借此,追蹤航天器能精確測量兩個航天器的距離、相對速度和姿態(tài),同時啟動小發(fā)動機(jī)進(jìn)行機(jī)動,使之沿對接走廊向目標(biāo)最后逼近。
在對接合攏前,追蹤航天器關(guān)閉發(fā)動機(jī),以0.15～0.18米/秒的停靠速度與目標(biāo)相撞。相撞瞬間,即利用栓-錐或異體同構(gòu)周邊對接裝置的抓手、緩沖器、傳力機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)使兩個航天器在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)硬連接,完成信息傳輸總線、電源線和流體管線的連接。這里要注意的是,目標(biāo)航天器處在相同的太空軌道中,飛得很快,所以對接技術(shù)要求很高,兩個航天器軌道的控制相當(dāng)?shù)木珳?zhǔn)。當(dāng)然,相撞時不一定絕對精準(zhǔn)吻合,它允許有一定的橫向偏差,偏差一般不超過0.1米。然后兩航天器在結(jié)構(gòu)上連成一個整體,繼續(xù)繞軌道一起飛行。
交會對接,要求兩個航天器能緊密地連成一個整體,彼此對接相通。不單人要能在兩邊來回走動,還要電、氣、液體線路、管道都能對接相通。我們不妨再引用一下空間技術(shù)專家、神舟飛船總設(shè)計(jì)師戚發(fā)軔更形象的解釋:交會對接,“首先能夠交會,交會的差不多了就對接,靠什么對接呢?靠后邊往上撞,對接以后的話兩個就連起來了,不是連起來就完了,還要密封,而且兩者間還要有一個通道,人能過去。這兩個東西都是密封的連接在一塊,所以挺復(fù)雜的。連通了以后還要把電、氣、液體都要連接起來,以后總不能一桶一桶地往里送,管道連起來就送過去了。所以交會對接要能連在一起,而且是密封的,而且還要通電、通氣、通液體,要對接起來,使兩個東西變成一個東西。”
上面說的是過程。完成同樣的過程可以有不同的方式。根據(jù)航天員介入的程度和智能控制水平,交會對接飛行操作可分為手控、遙控和自主3種方式。
下面再簡單介紹一下航天史上幾次重要的交會對接。
1965年12月15日,美國“雙子星座6”號和“雙子星座7”號飛船在航天員參與下,實(shí)現(xiàn)了世界上第一次有人太空對接交會。
1968年10月26日,蘇聯(lián)“聯(lián)盟”2號和3號飛船實(shí)現(xiàn)了太空的自動交會。1975年7月17日,美國“阿波羅”號和蘇聯(lián)“聯(lián)盟”號飛船完成了聯(lián)合飛行,實(shí)現(xiàn)了從兩個不同發(fā)射場發(fā)射的航天器的交會對接。
1987年2月8日,蘇聯(lián)“聯(lián)盟-TM2”號飛船,與在軌道上運(yùn)行的“和平”號空間站實(shí)現(xiàn)了自動對接。
1995年6月29日,美國航天飛機(jī)“阿特蘭蒂斯”號順利地與太空運(yùn)行的俄羅斯“和平”號空間站對接成功。這次對接與20年前美、蘇聯(lián)飛船對接相比,規(guī)模大、時間長,而且合作的項(xiàng)目多,很大程度上促進(jìn)了國際空間站的建立,推動了航天技術(shù)的發(fā)展。
1998年12月6日,“團(tuán)結(jié)”號節(jié)點(diǎn)艙由美國“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)送入軌道后,成功地與國際空間站的第一個組件“曙光”號多功能貨艙對接,這是國際空間站裝配階段的第一次交會對接。
交會對接技術(shù),也是中國載人航天工程的第二步核心技術(shù)。已經(jīng)亮相且將要發(fā)射的天宮一號就是目標(biāo)航天器,神八、神九、神十都是追蹤航天器,它們將先后與天宮一號進(jìn)行交會對接。