对接技术

对接技术：

交会对接是指两个航天器在空间轨道上会合，并在结构上连成一个整体的技术。而对于载人航天工程而言，这项技术具有怎样的影响和意义呢？

大家知道，各国在进行载人航天工作时，把航天员送入太空所使用的运输工具要么是载人飞船，要么是航天飞机。然而，这些都不能实现在轨道上长时间工作的目标。相比而言，空间站较前两者规模更大、设备更齐全、科研能力也更强，而中国载人航天工程的第三步就是要建立一个永久太空站。中国载人航天工程总设计师周建平这样形容建立空间站与交会对接的关系：“交会对接是为空间站提供补给的一个前提，你不能实现交会对接，你补给不上，你就根本不可能去研制空间站。”

换句话说，交会对接是实现航天站、航天飞机、太空平台和空间运输系统的空间装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。“天宫一号”目前已经顺利升空并进入预定轨道，“神舟八号”飞船即将与它进行交会对接试验。那么，在交会对接过程中，两个飞行器的角色分别是怎样的呢？空间技术专家、神舟飞船总设计师戚发轫告诉记者：“交会对接是靠两个飞行器来完成的，…天宫一号‟是作为一个目标飞行器，…神舟八号‟是作为一个追踪飞行器，它们两个共同完成交会对接这个任务。”

从位置上来讲，在交会对接的时候，“神舟八号”飞船以适当的速度，主动追击“天宫一号”。在两者不断接近的过程中，飞船将根据目标飞行器的状态，进行若干次变轨。同时，飞船还要调整轨道面，保证其运行的轨道与天宫一号的轨道“共面”，也就是与之处于同一个平面。这应该如何来理解？

在三维空间进行两个航天器的对接，只有做到上下左右不偏不倚，才能确保不出意外。这样的操作，难度不可谓不大。如果这些过程改为在一个平面上进行，那么航天器就只需要进行左右调整了——这种仅在平面上的移动看似简单多了，然而，它却给发射任务带来了新的要求。载人航天发射场系统副总师郑永煌说：“一旦…天宫‟(一号)这个轨道确定，然后我…神八‟飞船发射就要瞄准…天宫‟的对接轨道，我们叫共面发射。(这)就对这个发射窗口的选择很严格，要求是零窗口，就是要求准时发射。”

郑永煌所说的发射窗口是指允许运载火箭发射的时间范围，习惯上也被称为允许发射阶段。这个范围的大小也叫做发射窗口的宽度。窗口宽度有宽有窄，宽的以小时计，甚至以天计，而窄的只有几十秒钟，甚至为零。为了实现两者轨道共面，“神舟八号”要力争零窗口发射。郑永煌补充到：“如果你不准时发射的话，一有偏差，那等于说这个共面有偏差了，(而)带来偏差就得由咱们运载火箭来进行修正。如果火箭修正不了，就要靠飞船修正。所以我说明这两个概念，一个概念要求是零窗口准时发射；第二，你不零窗口发射不(是)说不可以，但是对我的飞行安全构成影响。”

有关专家透露，“天宫一号”与“神舟八号”飞船交会对接过程将分为四个阶段进行，分别是远程导引段、近程导引段、最终逼近段和对接停靠段。

在两个飞行器相距约100公里时，在地面测控的支持下，飞船将确定“天宫一号”的大概位置，两者也将由此建立起一个相对的外部关系，这是第一个阶段。在近程引导段，依照敏感器所测数据，“神舟八号”将逐渐靠近“天宫一号”，两者的距离将缩短至千米以内。

从距离几十公里到几百米，随着两者的逐渐靠近，一系列更为敏感的仪器将启动运行，并相互间形成一种类似“接力棒”的关系，确保能够维持两者在轨道高度与角度的一致，直至“神舟八号”捕获“天宫一号”的对接轴。由此，两者将进入对接走廊，然后进行锁定。空间实验室系统主任设计师魏传峰告诉记者：“(两者)距离还有一点小间隙的时候，这时候会启动对接机构上的一个对接锁系。两个飞行器总共有12把锁，把它们紧紧锁在一起，每把锁锁紧力大概有3吨多(的)拉力。那么，它锁紧之后可以使…神八‟飞船和…天宫一号‟目标飞行器形成一个刚性的组合体。”

锁紧以后，第一次的交会对接即宣告完成，“天宫一号”和“神舟八号”也就结合为一个组合体，并第一次作为组合体开始飞行。

为了进一步验证整个交会对接的技术，以及各类交会对接机构工作的稳定性和可靠性，“天宫一号”将与“神舟八号”进行两次交会对接——在组合体飞行的第12天，“天宫一号”和“神舟八号”要分离开来，并进行第二次交会对接。北京航天飞行控制中心副主任麻永平表示：“对接的流程跟第一次基本上是一样的，二次对接完了以后进入第二次组合体的飞行，这大概要飞行两天。在这里面，重点要做一次轨道维持，保持它(与…天宫一号‟)撤离以后，…神舟八号‟返回制动点的精度、轨道的高度满足我们的指标要求。”

顾名思义，轨道维持是为了使飞行器的实际运行轨道，与标准轨道的偏离量保持在给定范围内所要做的轨道控制。在大气阻力和地球引力的影响下，飞行器的飞行轨迹会逐渐下降，并慢慢偏离设计轨道。为确保飞船正常运行，必须对其实施轨道维持，这样才能确保“神舟八号”在返回时准确落到指定区域。麻永平透露了“天宫一号”与“神舟八号”飞船交会对接任务成功完成的标准：“无论是从我们整个控制的精度，自主导引的整个过程，到我们准确的对接、分离、…神八‟返回——如果这个过程都走下来的话，那就是圆满成功。”

在“神舟八号”飞船顺利完成交会对接任务后，中国还将陆续发射“神舟九号”、“神舟十号”飞船，分别与“天宫一号”完成空间交会对接。

对接机构：

对接机构是由航天科技集团公司八院负责研制的，就是上海航天技术研究院负责研制，这个对接机构非常复杂，由上万个零部件组成，所以以八院为主负责研制，研制过程中有很多的协作配套单位参与了整个对接机构的研制和生产。这些单位中，有的在贵州，有的在安徽，

也有在哈尔滨的，遍布全国很多省市。

据介绍，目前国际上使用比较多的对接机构有两类：用于美国航天飞机上的，叫做异体同构周边式对接机构；用于俄罗斯飞船和欧洲ATV飞船上，叫做“锥－杆”式对接机构。这两类对接机构都是俄罗斯生产的。中国的对接机构采用的是导向板内翻式的异体同构周边式构型。

，“神舟八号”与“天宫一号”成功交会对接以后，两个航天器组合体的连接主要依靠对接面上12把对接锁，每把对接锁的拉力3吨，共36吨，这12把对接锁由两组对接锁系电机驱动。

“当神舟八号与天宫一号组合体的对接机构控制器接到分离指令后，对接锁系就将执行分离指令，实施解锁动作，时间需要3－4分钟；对接锁解开后，将通过对接面上4个被压缩的弹簧推杆的弹簧力，将两个8吨多重的航天器轻轻推开。”陶建中说，“这个弹簧力并不大，只有几百牛顿，相当于几十公斤。两个航天器被推开后，将保持一定姿态，缓缓分离，直至准备执行第二次交会对接任务。”

对接原理：空间交会对接涉及两个飞行器，一个是目标飞行器，一个是追踪飞行器。目标飞行器首先发射升空，追踪飞行器作为主动飞行器去寻找目标飞行器进行交会对接。在交会对接过程中，追踪飞行器的飞行可以分为以下四个阶段：远程导引段：在地面测控的支持下，追踪飞行器经过若干次变轨机动，进入到追踪航天器上的敏感器能捕获目标飞行器的范围(一般为15～100千米)。

近程导引段：追踪飞行器根据自身的微波和激光敏感器测得的与目标飞行器的相对运动参数，自动引导到目标飞行器附近的初始瞄准点(距目标飞行器0.5～1千米)。

最终逼近段：追踪飞行器首先捕获目标飞行器的对接轴，当对接轴线不沿轨道飞行方向时，要求追踪飞行器在轨道平面外进行绕飞机动，以进入对接走廊，此时两个飞行器之间的距离约100米，相对速度约1～3米/秒。

对接停靠段：追踪飞行器利用由摄像敏感器和接近敏感器组成的测量系统精确测量两个飞行器的距离、相对速度和姿态，同时启动小发动机进行机动，使之沿对接走廊向目标最后逼近。在对接前关闭发动机，以0.15～0.18米/秒的停靠速度与目标相撞，最后利用栓-锥或异体同构周边对接装置的抓手、缓冲器、传力机构和锁紧机构使两个飞行器在结构上实现硬连接，完成信息传输总线、电源线和流体管线的连接。