美国载人航天器交会对接综述

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1、随着航天技术尤其是载人航天技术的发展，空间交会对接技术也得到了迅速发展和广泛应用。要使飞船成为天地间的有效运输工具，以及进行大型航天器的在轨装配和长期轨道运行，就必须解决交会对接技术。美国和前苏联从60年代初开始研究交会对接技术,迄今己达到相当高的水平。目前载人航天己成为世界航天的发展热点，不少国家都把发展载人航天技术和建立永久性空间站作为本世纪内的发展目标。可以预言，随着载人航天事业的发展，交会对接技术必将向着更高水平、自动和自主的方向前进。一、美国双子星座号飞船计划中的交会对接美国双子星座号飞船计划始于1962年］月15□,1966年11

2、月15日结束，历时约5年。它主耍是为阿波罗载人登月计划提供飞行经验和准备各种技术条件。1965年12月15日，双子星座6号飞船发射5小时50分钟后与双子星座7号飞船交会，相距2米。这是美国航夭器第一次近距离交会成功。1966年3月16口，双子星座-8号飞船与阿金纳目标飞行器实现了世界上首次航天员手控空间对接。1966年7月18日，双子星座10号飞船与两个阿金纳自动飞行器交会，并与目标飞行器对接成功。通过双子星座号飞船计划，美国航天界验证并熟悉了交会对接技术，提高了飞船的机动飞行水平。1空间交会方法和对接条件为了实现交会对接,首先必须解决交会的

3、方法。1963年，美国航宇局评价了多种轨道交会方案，最后集中研究了三种:相切法、共椭圆法和第一远地点法。这三种方法都是利用两个航器的不同高度，按照霍曼转移椭圆原理，使寻的航天器以不同的速度移向H标航天器。通过比较，美国航宇局认为共椭圆法是一种快速的交会操作方法，而且实施起来比较简便，在时间上也较宽裕，因此双子星座号飞船的交会和对接采用了共椭圆法。所谓共椭圆法是假设寻的航天器先处于一椭圆轨道上，该轨道低于H标飞行器的圆形轨道，甚至其远地点也低于目标轨道。这样可以通过少量的几次点火使寻的航天器的轨道圆化，但仍低于目标轨道。这时寻的航夭器处于内圈轨

4、道，目标飞行器处于外圈轨道。然后可在适当时刻使寻的航天器的平移推力器点火而提高其远地点高度，最终与目标飞行器相遇。两个航天器在空间实现交会对接是山交会对接系统完成的。交会对接系统通常包括跟踪测量系统、姿态与轨道控制系统、对接机构机械系统等。空间交会对接操作按自主程度可分为开环控制、半自动控制和全自动控制三种操作方式。两个航天器在空间进行对接时，其初始条件是两者保持对接机构的同轴接近方式和确定的纵向速度，以及在其它线坐标和角坐标上的速度为零。但两个航天器Z间的实际相对运动参数总是冇偏差。一般情况下，两个航天器之间的相対位置及其平动速度通常是靠主

5、动飞行器运动控制系统和两个航天器的定向与稳定系统来维持，前者适用于控制质心的平动运动，后者适用于控制绕质心的转动运动。2双子星座号飞船的交会对接系统为了完成双子星座号飞船计划的交会对接活动，美国航宇局在地面上针对双子星座号飞船与阿金纳目标飞行器的特点，专门研制了一套交会对接仿真器，一方面进行交会对接的研究，另一方面训练航大员的交会对接操作。为实施交会对接，从双子星应5号飞船开始，飞船都在头部安装了交会雷达，适用于搜索和寻找阿金纳目标飞行器。阿金纳则装有雷达应答器。对交会对接来说，两个航天器Z间的距离和相对速度是最基本的数据。目标飞行器上的应答

6、器根据寻的航天器发射的信号，发出一个延迟的、频率偏移的信号，信号数据通过计算机处理就可以为航天员提供有关目标飞行器轨道的基本数据，以供寻的航天器实施接近、交会和对接。双子星应号飞船上的交会雷达有4副天线:一副圆柱形天线用于发射脉冲信号，以寻找目标;两副可转动的螺旋形天线用于接收目标的信号;第4副天线是前两副会转动的天线的相位参照物，这样就能使雷达产生方向性的信息。阿金纳双子星座号飞船前端插入到阿金纳目标飞行器装有缓冲系统的接纳锥屮。飞船前端装有一个导向杆，它在插入到接纳锥逐渐收缩的缺口的过程屮可以使飞船沿滚动方向进行校止。在撞击力的作用下,3

7、个装在阿金纳接纳锥底应上的有弹性的卡爪与飞船锥体过渡段前端的三个凸起相挂连，完成捕获过程。为在分离时释放卡爪，阿金纳目标飞行器配置了辅助电机传动。双子星座号飞船对接循环是自动完成的，分离循环是半自动的。3双子星座号飞船的交会对接阶段依据美国双子星应号飞船的经验，交会对接通常分为5个阶段:远程导引段、近程寻的段、绕飞段、悬停飞行段和停靠对接段。(1)远程导引段:是指从飞船入轨到与目标飞行器距离小于交会测量装置最大作用距离的这段范围。双子星座号飞船刚入轨时与目标飞行器的距离为1900多公里，而交会雷达的最大作用距离约420公里。由于这时候相对距离

8、大、导引精度要求不高，因此这一阶段的导引工作由地面测控站和船载大功率微波交会雷达系统完成，将寻的航大器从几下公里外导引到距目标飞行器100公里左右的范围内。远程导引