中外交会对接技术对比

国内外相关技术比拼

交会对接系统使用的测量和控制系统各国各有特色，苏联/俄罗斯的交会对接测量系统使用S波段微波雷达为主，近距离还有目视光学瞄准系统，默认为自控交会对接，包含手动备份。美国早期使用L波段微波雷达和目视光学瞄准系统，阿波罗时代改用X波段雷达，航天飞机时代进一步升级为Ku波段脉冲多普勒雷达加目视光学瞄准器，并使用GPS定位导航技术辅助，但交会对接都使用手动完成。欧洲的A TV和日本的HTV都使用自动交会对接技术，虽然都使用了激光脉冲测量仪器，不过测量控制系统均为本土技术。当前国际载人航天所使用的对接装置主要包括俄罗斯研制的针-锥对接系统，异体同构周边系统和美国研制的通用对接系统(CBM)。美国的CBM对接系统需要空间站机械臂的协助，虽然日本HTV 货运飞船和美国未来的Dragon和Cygnus货运飞船都将使用这一系统，但中国无法参与国际空间站项目，无法通过交流合作掌握这一更复杂的对接系统。天宫一号和神舟八号试验的对接装置由中国自行研制，参照了俄罗斯异体同构周边系统的规格。

俄罗斯目前自用的对接装置为针-锥机构，对接过程中主动端探针接触被动端椎体内壁，通过漏斗形椎体引导飞船配合姿控系统调整姿态，将主动端探针移动到中央的插孔上，进行咬合并进行减震操作，最后撤回探针解锁插孔，中心区域加压两扇门向后打开形成加压的内部通道。针-锥系统结构相对简单，因此得到了广泛应用，直到今天仍是俄罗斯标准的对接装置，欧空局的ATV货运飞船也引进了俄罗斯的针-锥系统，不过ATV的自动寻的、交会迫近和对接操作的算法则完全是欧空局自己的设计。此后虽然苏联联盟载人飞船、进步货运飞船和礼炮空间站都使用传统的针-锥对接装置，但仍进一步改进异体同构周边系统，准备在下一代载人航天系统中使用，苏联新一代的暴风雪号航天飞机使用编号APAS-89系统，原始设计外部直径2.03米，不过随后直径减少到1.55米，由于外部直径的缩小，内部通道直径也缩小到80厘米。和平号空间站主要指用针-锥方式对接的同时，量子实验舱上还带有一个APAS-89对接口，预备用于和暴风雪号航天飞机的对接。苏联解体导致后继的航天计划成为水中月，暴风雪号直接退役。为了筹备建设国际空间站，美国航天飞机装备了原定用于暴风雪号航天飞机的异体同构周边对接系统，生产商能源联合体将其重新编号为APAS-95。美国航天飞机使用APAS-95与和平号进行了多次对接。国际空间站对接装置同样使用了APAS-95对接系统，俄罗斯制造的曙光号服务舱与美国团结号节点舱的连接使用了异体同构系统，意大利制造美国拥有的和谐号和宁静号节点舱同样各具有一个APAS-95系统用于对接航天飞

机。不过国际空间站上的异体同构周边对接系统为了防止大质量的航天飞机带来太大的震动，异体同构周边对接机构为永久性的被动端以进行适应性的修改，而航天飞机的APAS-95仍然可以在主动端和被动端之间切换。

波段划分

最早用于搜索雷达的电磁波波长度为23cm，这一波段被定义为L波段（英语Long的字头），后来这一波段的中心波长度变为22cm。当波长为10cm的电磁波被使用后，其波段被定义为S波段(英语Short的字头，意为比原有波长短的电磁波）。

在主要使用3cm电磁波的火控雷达出现后，3cm波长的电磁波被称为X波段，因为X 代表坐标上的某点。

为了结合X波段和S波段的优点，逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达，该波段被称为C波段（C即Compromise，英语“结合”一词的字头）。

在英国人之后，德国人也开始独立开发自己的雷达，他们选择1.5cm作为自己雷达的中心波长。这一波长的电磁波就被称为K波段（K = Kurtz，德语中“短”的字头）。

“不幸”的是，德国人以其日尔曼民族特有的“精确性”选择的波长可以被水蒸气强烈吸收。结果这一波段的雷达不能在雨中和有雾的天气使用。战后设计的雷达为了避免这一吸收峰，通常使用频率略高于K波段的Ka波段（Ka，即英语K－above的缩写，意为在K波段之上）和略低（Ku，即英语K－under的缩写，意为在K波段之下）的波段。

最后，由于最早的雷达使用的是米波，这一波段被称为P波段（P为Previous的缩写，即英语“以往”的字头）。

该系统十分繁琐、而且使用不便。终于被一个以实际波长划分的波分波段系统取代，这两个系统的换算如下。

原P波段= 现A/B 波段原L波段= 现C/D 波段原S波段= 现E/F 波段原C波段= 现G/H 波段原X波段= 现I/J 波段原K波段= 现K 波段

我国现用微波分波段代号

(摘自《微波技术基础》，西电，廖承恩著）

波段代号标称波长

（cm）

频率范围

（GHz）

波长范围

（cm）

L 22 1-2 30-15

S 10 2-4 15-7.5

C 5 4-8 7.5-3.75 X 3 8-12 3.75-2.5 Ku 2 12-18 2.5-1.67 K 1.25 18-27 1.67-1.11 Ka 0.8 27-40 1.11-0.75 U 0.6 40-60 0.75-0.5 V 0.4 60-80 0.5-0.375

W 0.3 80-100 0.375-0.3

对接机构

交会与对接既离不开测量系统，也必须有对接机构，二者缺一不可。按不同的结构和原理，空间对接机构有四种：“环-锥”式机构、“杆-锥”（也叫“栓-锥”）式机构、“异体同构周边”式机构、“抓手-碰撞锁”式机构。

“环-锥”式是最早期的对接机构，它由内截顶圆锥和外截顶圆锥组成。内截顶圆锥安装在一系列缓冲器上，使它能吸收冲击能量。这种结构曾用于美国的“双子星座”飞船与“阿金纳”火箭以及美国“双子星座”飞船之间的对接等。

“杆-锥”式是在两个航天器对接面上分别装有栓和锥的对接机构，即一个航天器的对接机构内装有接收锥，另一个航天器上装有对接碰撞杆，在对接时，碰撞杆渐渐指向接收锥内，接收锥将杆头锁定。由于这种对接结构不具备既有主动又有被动的功能，所以不利于实施空间营救。苏联/俄罗斯“联盟”飞船与“礼炮”号空间站、“联盟TM”飞船与“和平”号空间站，美国“阿波罗”登月舱与指令舱等的对接，都曾采用这种对接机构。

“异体同构周边”式对接机构可以克服“杆-锥”式机构的缺点，因为它满足了下面两个要求：①对接机构是异体同构，使航天器既可作主动方，也能作被动方，这一点对空间救援特别重要；②对接机构必须是周边的，即所有定向和动力部件都安装于中央舱口的四周，从而保证中央成为来往通道空间。苏联“联盟-19”飞船与美国“阿波罗-18”飞船、航天飞机与“和平”号空间站、航天飞机与国际空间站等对接，都采用这种对接机构。其中，航天飞机与国际空间站的对接虽然仍采用“异体同构周边”对接机构，但增加了先进的综合测量系统，包括GPS导航接收系统、数据跟踪与中继导航与通信接收系统、微波交会雷达系统、激光对接雷达系统、光学对接摄像系统等，此外，还包括航天员显示装置（空间六分仪、望远镜、显示器、荧光屏等）。

“抓手-碰撞锁”式是欧洲、日本研制的十字交叉和三点式对接机构。这两种机构实际上性质相同，只是布局上的差别。前者在周边布置四个抓手与撞锁，后者在周边布置三个抓手与撞锁。这两种对接机构都是无密封性能、无通道口的设计，适合与不载人航天器之间的对接，如无人空间平台、空间拖船等。