【材制 | 視角】太空中的“接吻”——自主交會對接技術

2021-10-30 17:46 作者:青春材制 0人讀過 | 我要投稿

初原載于? 愛學習的? 青春材制

2021-10-29

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????????書接上回，若想對未來交會對接進行合理的想象，那么我們就要先對過去的交會對接有個大概的認知，下面我們就來聊一聊吧！

? ? ????在此之前，讓我們重溫一下“自主交會對接”的定義：自主交會對接從字面上理解，就是自動的交會對接：

????????1.交會是一個航天器接近另一個航天器的過程；具體地說,就是在航天飛行中，兩個或兩個以上的航天器通過軌道參數(shù)的協(xié)調(diào)，在同一時間到達空間同一位置的過程。

????????2.對接是在交會的基礎上，通過專門的對接裝置將兩個航天器連接成一個整體。

????????那么問題來了，為了實現(xiàn)這項偉大的技術，作為一個航天員我們應該怎么做呢？

Step1——實現(xiàn)自主

????????要想成功實現(xiàn)自主交會對接，必須由自主導航系統(tǒng)精確確定追蹤航天器和目標航天器的絕對軌道參數(shù)，以及2個航天器間的相對狀態(tài)，簡而言之就是相對速度與距離。

????????其簡化后的的效果大致圖如下：

????????自主導航系統(tǒng)由測量系統(tǒng)和導航算法2個部分組成，前者為硬件支持，后者為軟件支持。

????????測量系統(tǒng)在科研工作者的努力下，研制了基于衛(wèi)星導航設備、微波交會雷達、激光交會雷達、光學成像敏感器等多型高性能導航敏感器的自主測量系統(tǒng)，以此來保證相對速度與距離的精準性，算法更是在我國科研者的努力下，設計了一套可用于從相對距離數(shù)百千米直至對接的高品質(zhì)自主導航算法，不僅使得系統(tǒng)有高精度的導航結果，還具有高容錯的性能~

Step2——交會

????????在1965年12月15日，美國的雙子星座6號飛船與雙子星座7號飛船完成了美國歷史上第一次交會，兩者之間距離僅差2米。

????????此次交會采用了霍曼轉移橢圓原理：可以理解為尋的航天器（n）的軌道略低于目標航天器（m）的軌道，之后n加速，逐漸讓n所在的軌道升高，最后與m的軌道達到統(tǒng)一高度，并完成交會（實際上是n在追逐m）。

????????如下圖（其中ABCDEF為變速位置，并在該位置將速度變化為Vx）：

????????我國也是采用了該種方法，但在此基礎上提出了一種自主快速交會的方案，可以在燃料用量幾乎不改變的前提下，將容錯率大大提高，并將此過程控制在1~40圈內(nèi)，這真是一種高效的交會方案！

Step3——對接

????????對接是極為關鍵的步驟，就像“相遇”是“接吻”的開始~而“接吻”是需要勇氣與智慧的，也是最為關鍵的。按照對接的解釋，是需要特殊的裝置將兩個飛行器連接起來，所以就有了空間對接機構。目前空間對接機構有四種：

????????1. “環(huán)-錐”式機構

????????2. “桿-錐”（也叫“栓-錐”）式機構

????????3. “異體同構周邊”式機構

????????4. “抓手-碰撞鎖”式機構

????????第一種——“環(huán)-錐”式機構較為簡單，是最早期的對接機構，在美國“雙子星座”飛船與“阿金納”火箭的對接中均有使用。

????????第二種——“桿-錐”（也叫“栓-錐”）式機構，該裝置如圖，當碰撞桿指入接收錐后，接收錐就將桿頭鎖定，完成對接；但該機構沒有主動與被動共存，在航天營救中十分不利，但還是在蘇聯(lián)，美國之間均有使用，是一個不可忽視的機構。

????????第三種——“異體同構周邊”式機構，該機構克服了第二種機構的弊端，由圖可見，兩方對接機構是相似的，所以稱為“異體同構周邊”式，雙方都可以作為主動和被動方，，并且可見正中央有空隙，足以讓宇航員通過，作為兩個飛行器的通道，非常便利。該機構在現(xiàn)在仍然在使用，例如航天飛機與國際空間站的對接。