空間交會(huì)對(duì)接

空間交會(huì)對(duì)接，簡(jiǎn)稱交會(huì)對(duì)接，是指兩個(gè)航天器(宇宙飛船、航天飛機(jī)等)在空間軌道上會(huì)合并在結(jié)構(gòu)上連成一個(gè)整體的技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)航天站、航天飛機(jī)、太空平臺(tái)和空間運(yùn)輸系統(tǒng)的空間裝配、回收、補(bǔ)給、維修、航天員交換及營(yíng)救等在軌道上服務(wù)的先決條件。

過(guò)程

在交會(huì)對(duì)接過(guò)程中，追蹤飛行器的飛行可以分為以下四個(gè)階段：

遠(yuǎn)程導(dǎo)引段：在地面測(cè)控的支持下，追蹤飛行器經(jīng)過(guò)若干次變軌機(jī)動(dòng)，進(jìn)入到追蹤航天器上的敏感器能捕獲目標(biāo)飛行器的范圍(一般為15～100千米)。

近程導(dǎo)引段：追蹤飛行器根據(jù)自身的微波和激光敏感器測(cè)得的與目標(biāo)飛行器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，自動(dòng)引導(dǎo)到目標(biāo)飛行器附近的初始瞄準(zhǔn)點(diǎn)(距目標(biāo)飛行器0.5～1千米)。

最終逼近段：追蹤飛行器首先捕獲目標(biāo)飛行器的對(duì)接軸，當(dāng)對(duì)接軸線不沿軌道飛行方向時(shí)，要求追蹤飛行器在軌道平面外進(jìn)行繞飛機(jī)動(dòng)，以進(jìn)入對(duì)接走廊，此時(shí)兩個(gè)飛行器之間的距離約100米，相對(duì)速度約1～3米/秒。

對(duì)接?？慷危鹤粉欙w行器利用由攝像敏感器和接近敏感器組成的測(cè)量系統(tǒng)精確測(cè)量?jī)蓚€(gè)飛行器的距離、相對(duì)速度和姿態(tài)，同時(shí)啟動(dòng)小發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行機(jī)動(dòng)，使之沿對(duì)接走廊向目標(biāo)最后逼近。在對(duì)接前關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，以0.15～0.18米/秒的停靠速度與目標(biāo)相撞，最后利用栓-錐或異體同構(gòu)周邊對(duì)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(gè)飛行器在結(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。

方式

交會(huì)對(duì)接飛行操作，根據(jù)航天員介入的程度和智能控制水平可分為手控、遙控和自主3種方式。

類型

航天器空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)的實(shí)施必須由高級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)完成，根據(jù)航天員及地面站的參與程度可將控制方式劃分為如下四種類型：

（1）遙控操作：追蹤航天器的控制不依靠航天員，全部由地面站通過(guò)遙測(cè)和遙控來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)要求全球設(shè)站或者有中繼衛(wèi)星協(xié)助。

（2）手動(dòng)操作：在地面測(cè)控站的指導(dǎo)下，航天員在軌道上對(duì)追蹤航天器的姿態(tài)和軌道進(jìn)行觀察和判斷，然后動(dòng)手操作。這是目前比較成熟的方法。

（3）自動(dòng)控制：不依靠航天員，由船載設(shè)備和地面站相結(jié)合實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。該控制方法亦要求全球設(shè)站或有中繼衛(wèi)星協(xié)助。

（4）自主控制：不依靠航天員與地面站，完全由船上設(shè)備自主實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。

從本質(zhì)上說(shuō)，上述分類可歸結(jié)為人工控制方式或自動(dòng)控制方式。迄今為止，美國(guó)較多應(yīng)用人控方式，而前蘇聯(lián)/俄羅斯則主要采用自控。

其中，自主交會(huì)對(duì)接由于敏感器和控制器(計(jì)算機(jī))的作用，一般都反應(yīng)迅速而準(zhǔn)確。自主交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且技術(shù)上難度較大。前蘇聯(lián)已經(jīng)進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，并且獲得成功。隨著今后計(jì)算機(jī)和空間機(jī)器人迅速的發(fā)展，自主交會(huì)對(duì)接是今后發(fā)展的方向。

自動(dòng)和自主會(huì)對(duì)接最關(guān)鍵的技術(shù)是測(cè)量方法和敏感器。由于交會(huì)對(duì)接各階段測(cè)量范圍和精度不同，需要采用多種測(cè)量方法和敏感器，很難用一種敏感器完成整個(gè)交會(huì)對(duì)接的測(cè)量任務(wù)。遠(yuǎn)距離一般采用交會(huì)雷達(dá)，近距離可用電視攝像和光學(xué)成像敏感器。

目前，兩個(gè)航天器在確定的時(shí)間和空間實(shí)現(xiàn)交會(huì)，這個(gè)控制技術(shù)發(fā)展已比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛，一般采用遠(yuǎn)程和近程制導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了避免星上設(shè)備過(guò)重或者技術(shù)過(guò)于復(fù)雜，過(guò)去遠(yuǎn)程制導(dǎo)由地面站控制，近程制導(dǎo)大部分由星上自主進(jìn)行。目前，由于計(jì)算機(jī)和自主導(dǎo)航技術(shù)的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程和近程制導(dǎo)全部都在星上自主完成，技術(shù)上也是完全可能的。

空間交會(huì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)為燃料消耗量、交會(huì)花費(fèi)時(shí)間和交會(huì)終點(diǎn)所達(dá)到的精度三方面。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中若需要滿足某一個(gè)指標(biāo)為主，而其他兩個(gè)指標(biāo)處在從屬地位，一般應(yīng)用系統(tǒng)工程方法，根據(jù)空間交會(huì)和對(duì)接的具體任務(wù)，全面論證這三方面指標(biāo)的相互關(guān)系和主從關(guān)系。

來(lái)源：中國(guó)載人航天工程網(wǎng) 編輯：寧波