文/ 邸乃庸

圖解世界載人航天發(fā)展史（二十一）

文/ 邸乃庸

三、交會對接

現(xiàn)代載人航天已經(jīng)與交會對接融合在一起，可以說沒有交會對接就沒有載人航天的發(fā)展。交會對接在兩個航天器之間進(jìn)行，一個是被動的，稱為目標(biāo)航天器，一個是主動的，稱為追蹤航天器。交會對接分交會和對接兩個過程，先實施交會，靠近后再實施對接。

交會時要求追蹤航天器和目標(biāo)航天器在同一個軌道平面內(nèi)飛行。圖為聯(lián)盟號飛船正在接近國際空間站，準(zhǔn)備實施對接。

兩個航天器開始對接程序時，追蹤航天器加速向目標(biāo)航天器靠攏，兩個航天器的對接機(jī)構(gòu)接觸、撞擊、拉緊、鎖定，交會對接過程即告全部完成。經(jīng)過對接面的密封檢查，確認(rèn)密封性良好后，即可開啟艙門，航天員進(jìn)入目標(biāo)航天器。圖為航天飛機(jī)與國際空間站成功對接。

在載人航天器中首先進(jìn)行交會對接飛行的是阿波羅號飛船登月工程，其指令艙和登月艙需要在月球軌道上進(jìn)行對接—分離—再對接的操作過程，使用的是銷—錐式對接機(jī)構(gòu)。指令艙上安裝的銷組件（左圖），這是主動部分；登月艙上安裝的錐組件（右圖），這是被動部分，在軌道上等待指令艙來對接。

俄羅斯的聯(lián)盟號飛船和進(jìn)步號貨運飛船一直使用桿—錐式對接機(jī)構(gòu)。桿組件（左圖中的左半部分）安裝在追蹤航天器上，能夠由螺旋桿轉(zhuǎn)動而伸縮，中間還設(shè)置了對中滑動裝置，保證兩個航天器對接過程中不偏離；錐組件（左圖中的右半部分）主要由椎體和鎖定裝置構(gòu)成。

桿—錐式對接機(jī)構(gòu)的對接過程：桿組件中的桿伸出，桿端進(jìn)入錐內(nèi)；錐面將桿端逐漸導(dǎo)入錐頂鎖定，桿回縮，相互拉緊；對接鎖將對接面鎖定，密封，完成對接。右圖為聯(lián)盟號飛船正在靠近國際空間站，可以看到其前端的桿已經(jīng)伸出到位，準(zhǔn)備實施對接。

國際空間站上的俄羅斯艙段用于飛船?？康膶涌诎惭b的是桿—錐式對接機(jī)構(gòu)的錐組件。左圖為國際空間站內(nèi)的航天員準(zhǔn)備開啟俄羅斯艙段內(nèi)對接口的錐組件，迎接與國際空間站對接的飛船中的航天員；右圖為錐組件開啟后，移動到旁邊固定，飛船內(nèi)的航天員進(jìn)入國際空間站。

桿—錐式對接機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，重量較輕；缺點是對接機(jī)構(gòu)全部安裝在航天器殼體內(nèi)部，對接后占據(jù)較大的內(nèi)部空間。因此在俄羅斯的空間站艙段對接到國際空間站后，航天員就將對接機(jī)構(gòu)拆除。左圖為航天員正在拆除錐組件；右圖為航天員拿著已經(jīng)拆卸下來的桿組件。

目前使用較多的是異體同構(gòu)周邊式對接機(jī)構(gòu)。“異體同構(gòu)”是指兩個航天器上的對接機(jī)構(gòu)的構(gòu)造是一致的，沒有主動、被動之分；“周邊”是指對接機(jī)構(gòu)不設(shè)置在中間，而是設(shè)置在周邊。由于對接機(jī)構(gòu)全部設(shè)置在密封艙外的周邊，因此對接后不會對通道構(gòu)成影響。左圖為追蹤航天器，三個導(dǎo)向器已經(jīng)伸出；右為目標(biāo)航天器，導(dǎo)向器沒有伸出。

國際空間站上用于接納航天飛機(jī)對接的對接口都設(shè)置了三個導(dǎo)向器內(nèi)翻的異體同構(gòu)周邊式對接機(jī)構(gòu)。畫面顯示，國際空間站艙段上設(shè)置在增壓對接適配器前端的異體同構(gòu)周邊式對接機(jī)構(gòu)，可以看到三個導(dǎo)向器均設(shè)置在對接密封面的里面的周邊，并將中間的通道讓開。

美國航天飛機(jī)使用的就是導(dǎo)向器內(nèi)翻的異體同構(gòu)周邊式對接機(jī)構(gòu)，對接機(jī)構(gòu)安裝在軌道器貨艙前端的氣閘艙端頭。當(dāng)不進(jìn)行對接時，導(dǎo)向器不伸出（左圖）；當(dāng)航天飛機(jī)作為追蹤航天器，準(zhǔn)備與其他航天器對接時，三個導(dǎo)向器向前伸出（右圖）。

異體同構(gòu)周邊式對接機(jī)構(gòu)的對接面（左圖）有2×12共24把鎖、四個氣路、液路連接接頭和一道密封圈；而桿—錐式對接機(jī)構(gòu)的對接面（右圖）有2×8共16把鎖、四個氣路、液路連接接頭和兩道密封圈?？梢钥吹剑愺w同構(gòu)周邊式對接機(jī)構(gòu)的對接面直徑比較大，因此它的承載能力比較強(qiáng)。

航天飛機(jī)的軌道器在與國際空間站對接期間，軌道器橫向移動，使已經(jīng)伸出的異體同構(gòu)周邊式對接機(jī)構(gòu)的三個導(dǎo)向器進(jìn)入國際空間站增壓適配器的對接機(jī)構(gòu)內(nèi)，兩個對接面實現(xiàn)接觸（左圖）；之后，軌道器上的對接機(jī)構(gòu)回縮，將兩個對接面拉緊（右圖），然后鎖定、密封，對接過程完成。

航天飛機(jī)的軌道器?？吭趪H空間站艙段前端的增壓適配器前面（左圖），航天飛機(jī)內(nèi)的航天員開啟軌道器中艙通往氣閘艙艙門和氣閘艙通往國際空間站艙門，國際空間站內(nèi)的航天員開啟站內(nèi)艙門后，航天飛機(jī)內(nèi)的航天員就可以經(jīng)此通道進(jìn)入國際空間站（右圖，在通道口下方可以看到對接機(jī)構(gòu)導(dǎo)向器）。

當(dāng)兩個準(zhǔn)備交會對接的航天器靠攏到一定距離后，就要依靠航天器上的微波雷達(dá)、激光測距儀、攝像機(jī)、視覺校正瞄準(zhǔn)裝置等設(shè)備測量兩個航天器的相對位置和相對姿態(tài)。左圖為航天員使用視覺校正瞄準(zhǔn)裝置中的對接標(biāo)識對準(zhǔn)國際空間站；右圖為航天員用視覺校正瞄準(zhǔn)裝置中的對接標(biāo)識，對準(zhǔn)國際空間站上的太空視覺系統(tǒng)靶標(biāo)，準(zhǔn)備實施對接。

對接的控制一般有三種方式：追蹤航天器自動控制或其內(nèi)的航天員人工控制、目標(biāo)航天器上的航天員人工控制。載人飛船和航天飛機(jī)均設(shè)置有自動控制和人工控制功能。左圖為聯(lián)盟號飛船即將完成與國際空間站的自動對接；右圖為國際空間站上的航天員正在對準(zhǔn)備對接的貨運飛船進(jìn)行人工控制。

對接的控制還有另外一種方式：航天器自動飛臨至國際空間站遙控機(jī)械臂能夠抓握的距離，站內(nèi)的航天員操作機(jī)械臂將其抓握，再將其移動至對接口實現(xiàn)對接。左圖為國際空間站內(nèi)航天員操作機(jī)械臂將靠近的龍貨運飛船抓握??；右圖為航天員使用機(jī)械臂將龍貨運飛船對接到國際空間站上。

薛滔