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空间交会本文重定向自 太空會合

1965年从双子星6号航天器拍摄的双子星7号航天器

空间交会指两个航天器,通常其中一个是空间站,抵达同一个轨道,并且距离非常接近(目视距离)时的轨道操纵。

空间交会要求两个航天器保持非常精确相等的轨道速度,才能保持两者间的固定距离。会合后未必会进行靠接,也就是两者接合在一起使两者能互连。

空间交会的技术也能用于使航天器降落在重力微弱的天体上。例如要登陆火星的卫星,必须让航天器与火卫保持一样的轨道速度,接下来的下降步骤也与空间对接类似。

历史

苏联第一次载人航天的东方计划里,曾在短时间内从同一发射架,只隔一两天发射两个航天器(1962年东方3号东方4号,1963年东方5号东方6号)。这两次火箭的导引系统都将两个航天器发射至几乎完全相同的轨道。然而因为东方航天器缺乏轨道操纵的推进器,因此无法达成会合。虽然一开始两者间距离仅有5至6.5公里,但后来逐渐漂离至数千公里远。

1963年,日后成为阿波罗登月航天员的伯兹·艾德林提交了博士论文,题目为载人轨道会合的视线导引技术 (Line-Of-Sight Guidance Techniques For Manned Orbital Rendezvous) [1] 作为NASA航天员,他"将复杂的轨道力学翻译成平易近人的飞行计划给我的同僚看" [2]

首次尝试失败

第一次空间交会的尝试发生在1965年6月3日。美国航天员詹姆斯·麦克迪维特试着操作双子星4号航天器与已使用完毕的大力神火箭2型火箭会合。但因距离感的问题,还有火箭因推进剂排气而不断移动的问题,他无法靠得更近也无法保持位置。[3] 最主要失败的原因,是当时NASA工程师并不了解会合时所需要的轨道力学。 仅仅只将航天器指向目标再推进,并无法达成会合。如果目标在同一个到的前面,后者增加速度则会同时提升高度,反而远离目标。 正确的做法是改变追逐者的轨道,让会合的目标追上或被追上,然后再移动到同一轨道使得两者相对速度为零。 [4]

双子星计划工程师André Meyer后来评论, "会合发生的错误有个很好的解释" 航天员就像任何一个在林顿·约翰逊航天中心的人一般,"完全无法了解轨道力学的作用。因此,我们全都变得很聪明而且将空间交会机动臻至完美,后来阿波罗计划就用上了。"

——[4]

首次成功会合

第一次成功的会合由美国航天员华尔特·舒拉在1965年12月15日达成。他将双子星6号移动至姐妹船双子星7号旁仅仅1英尺(30公分)。 航天器并无对接设备,但足足保持固定位置达20分钟。

首次对接

首次有两艘航天器对接是发生在1966年3月16日,双子星8号尼尔·阿姆斯壮的指挥下与无人目标航天器会合。双子星6号原本会是第一次对接,但该次任务所需的目标航天器发射失败,所以对接计划取消。[5]

苏联在1967年10月30日使用Cosmos 186及Cosmos 188航天器进行了第一次自动无人对接。 [6]

第一位尝试手动对接的苏联航天员是Georgy Timofeyevich Beregovoy,他在1968年10月将联盟3号与无人的联盟2号对接却失败。他将航天器间的距离从200米降到仅仅1英尺(30公分),但在用尽机动燃料前来不及对接。

苏联第一次成功的载人航天器对接发生在1969年1月16日,联盟4号与联盟5号对接,并交换两位航天员组员。

第一次两个不同国家的航天器对接发生在1975年6月17日,在阿波罗-联盟测试计划中,阿波罗航天器与一艘联盟号航天器对接。

第一次多重对接发生在1978年1月,联盟26号与联盟27号都与礼炮6号空间站对接。

双子星8号目标航天器
双子星8号与目标航天器在1966年3月对接

用途

2011年12月 Soyuz TMA-03M在低地轨道与MRM-1 Rassvet对接,运送三位航天员至国际空间站

每次航天器要将航天员或补给送上空间站时,就需要进行空间交会。第一次与空间站的会合发生在1971年6月7日由联盟11号航天器与礼炮1号会合。载人空间任务已成功与6个礼炮空间站,天空实验室和平号国际空间站会合过。目前联盟号大约每六个月运送航天员上下国际空间站。

步骤与方法

标准的会合及对接技巧是让一个主动的航天器接近一个被动的目标。这技术已经成功展示在双子星,阿波罗,阿波罗/联盟号,礼炮号空间站,天空实验室,和平号,国际空间站及神舟等空间计划中。

会合步骤

空间交会由一个主动的追逐者航天器以及一个被动的航天器组成,可以分成几个阶段,通常始于两个航天器位于不同轨道,距离超过1000公里远:[7]

阶段 距离 此阶段一般时间长度
Drift Orbit A
(视线之外,无接触)
>2 λmax[8] 1 至 20 天
Drift Orbit B
(视线接触内)
2 λmax to 1千米(3,300英尺) 1 至 5 天
近接操作 A 1,000~100米(3,280~330英尺) 1 至 5 orbits
近接操作 B 100~10米(328~33英尺) 45 – 90 分钟
对接 <10米(33英尺) <5 分钟

有很多种航天器操作技巧可用于进行平移转动的机动以作为近接及对接操作。[9]

进近方法

V-bar法

R-bar法

Z-bar法

参见

  • Androgynous Peripheral Attach System
  • 共用靠泊机制
  • 月球轨道交会
  • 节点岁差
  • Path-constrained rendezvous

参考资料

  1. ^ Buzz Aldrin. Orbital Rendezvous. [2014-05-26]. (原始内容存档于2011-10-09).
  2. ^ Buzz Aldrin. From Earth to Moon to Earth (PDF). (原始内容 (PDF)存档于2014-05-27).
  3. ^ Oral History Transcript / James A. McDivitt页面存档备份,存于互联网档案馆) / Interviewed by Doug Ward / Elk Lake, Michigan – June 29, 1999
  4. ^ 4.0 4.1 Gemini 4. Encyclopedia Astronautica. (原始内容存档于2010-11-29).
  5. ^ 存档副本. [2014-05-26]. (原始内容存档于2020-04-03).
  6. ^ NSSDC ID: 1967-105A NASA, NSSDC Master Catalog
  7. ^ 引用错误:没有为名为wertz2003的参考文献提供内容
  8. ^ λmax is the angular radius of the spacecraft’s true horizon as seen from the center of the planet; for LEO, it is the maximum Earth central angle from the altitude of the spacecraft.
  9. ^ Lee, Daero; Pernicka, Henry. Optimal Control for Proximity Operations and Docking (PDF). Int’l J. of Aeronautical & Space Science. 2010, 11 (3): 206–220 [November 3, 2011]. Bibcode:2010IJASS..11..206L. doi:10.5139/IJASS.2010.11.3.206. (原始内容 (PDF)存档于2012年3月31日).

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