圖解世界載人航天發(fā)展史（二十一）

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(huì)對(duì)接

現(xiàn)代載人航天已經(jīng)與交會(huì)對(duì)接融合在一起，可以說(shuō)沒(méi)有交會(huì)對(duì)接就沒(méi)有載人航天的發(fā)展。交會(huì)對(duì)接在兩個(gè)航天器之間進(jìn)行，一個(gè)是被動(dòng)的，稱(chēng)為目標(biāo)航天器，一個(gè)是主動(dòng)的，稱(chēng)為追蹤航天器。交會(huì)對(duì)接分交會(huì)和對(duì)接兩個(gè)過(guò)程，先實(shí)施交會(huì)，靠近后再實(shí)施對(duì)接。

交會(huì)時(shí)要求追蹤航天器和目標(biāo)航天器在同一個(gè)軌道平面內(nèi)飛行。圖為聯(lián)盟號(hào)飛船正在接近國(guó)際空間站，準(zhǔn)備實(shí)施對(duì)接。

兩個(gè)航天器開(kāi)始對(duì)接程序時(shí)，追蹤航天器加速向目標(biāo)航天器靠攏，兩個(gè)航天器的對(duì)接機(jī)構(gòu)接觸、撞擊、拉緊、鎖定，交會(huì)對(duì)接過(guò)程即告全部完成。經(jīng)過(guò)對(duì)接面的密封檢查，確認(rèn)密封性良好后，即可開(kāi)啟艙門(mén)，航天員進(jìn)入目標(biāo)航天器。圖為航天飛機(jī)與國(guó)際空間站成功對(duì)接。

在載人航天器中首先進(jìn)行交會(huì)對(duì)接飛行的是阿波羅號(hào)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(duì)接—分離—再對(duì)接的操作過(guò)程，使用的是銷(xiāo)—錐式對(duì)接機(jī)構(gòu)。指令艙上安裝的銷(xiāo)組件（左圖），這是主動(dòng)部分；登月艙上安裝的錐組件（右圖），這是被動(dòng)部分，在軌道上等待指令艙來(lái)對(duì)接。

俄羅斯的聯(lián)盟號(hào)飛船和進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船一直使用桿—錐式對(duì)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(dòng)而伸縮，中間還設(shè)置了對(duì)中滑動(dòng)裝置，保證兩個(gè)航天器對(duì)接過(guò)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(duì)接機(jī)構(gòu)的對(duì)接過(guò)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(duì)接鎖將對(duì)接面鎖定，密封，完成對(duì)接。右圖為聯(lián)盟號(hào)飛船正在靠近國(guó)際空間站，可以看到其前端的桿已經(jīng)伸出到位，準(zhǔn)備實(shí)施對(duì)接。

國(guó)際空間站上的俄羅斯艙段用于飛船停靠的對(duì)接口安裝的是桿—錐式對(duì)接機(jī)構(gòu)的錐組件。左圖為國(guó)際空間站內(nèi)的航天員準(zhǔn)備開(kāi)啟俄羅斯艙段內(nèi)對(duì)接口的錐組件，迎接與國(guó)際空間站對(duì)接的飛船中的航天員；右圖為錐組件開(kāi)啟后，移動(dòng)到旁邊固定，飛船內(nèi)的航天員進(jìn)入國(guó)際空間站。

桿—錐式對(duì)接機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較輕；缺點(diǎn)是對(duì)接機(jī)構(gòu)全部安裝在航天器殼體內(nèi)部，對(duì)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(duì)接到國(guó)際空間站后，航天員就將對(duì)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(lái)的桿組件。

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

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

美國(guó)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(duì)接機(jī)構(gòu)，對(duì)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(duì)接時(shí)，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(duì)接時(shí)，三個(gè)導(dǎo)向器向前伸出（右圖）。

異體同構(gòu)周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)的對(duì)接面（左圖）有2×12共24把鎖、四個(gè)氣路、液路連接接頭和一道密封圈；而桿—錐式對(duì)接機(jī)構(gòu)的對(duì)接面（右圖）有2×8共16把鎖、四個(gè)氣路、液路連接接頭和兩道密封圈。可以看到，異體同構(gòu)周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)的對(duì)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(guó)際空間站對(duì)接期間，軌道器橫向移動(dòng)，使已經(jīng)伸出的異體同構(gòu)周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)的三個(gè)導(dǎo)向器進(jìn)入國(guó)際空間站增壓適配器的對(duì)接機(jī)構(gòu)內(nèi)，兩個(gè)對(duì)接面實(shí)現(xiàn)接觸（左圖）；之后，軌道器上的對(duì)接機(jī)構(gòu)回縮，將兩個(gè)對(duì)接面拉緊（右圖），然后鎖定、密封，對(duì)接過(guò)程完成。

航天飛機(jī)的軌道器停靠在國(guó)際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(kāi)啟軌道器中艙通往氣閘艙艙門(mén)和氣閘艙通往國(guó)際空間站艙門(mén)，國(guó)際空間站內(nèi)的航天員開(kāi)啟站內(nèi)艙門(mén)后，航天飛機(jī)內(nèi)的航天員就可以經(jīng)此通道進(jìn)入國(guó)際空間站（右圖，在通道口下方可以看到對(duì)接機(jī)構(gòu)導(dǎo)向器）。

當(dāng)兩個(gè)準(zhǔn)備交會(huì)對(duì)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(cè)距儀、攝像機(jī)、視覺(jué)校正瞄準(zhǔn)裝置等設(shè)備測(cè)量?jī)蓚€(gè)航天器的相對(duì)位置和相對(duì)姿態(tài)。左圖為航天員使用視覺(jué)校正瞄準(zhǔn)裝置中的對(duì)接標(biāo)識(shí)對(duì)準(zhǔn)國(guó)際空間站；右圖為航天員用視覺(jué)校正瞄準(zhǔn)裝置中的對(duì)接標(biāo)識(shí)，對(duì)準(zhǔn)國(guó)際空間站上的太空視覺(jué)系統(tǒng)靶標(biāo)，準(zhǔn)備實(shí)施對(duì)接。

對(duì)接的控制一般有三種方式：追蹤航天器自動(dòng)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(dòng)控制和人工控制功能。左圖為聯(lián)盟號(hào)飛船即將完成與國(guó)際空間站的自動(dòng)對(duì)接；右圖為國(guó)際空間站上的航天員正在對(duì)準(zhǔn)備對(duì)接的貨運(yùn)飛船進(jìn)行人工控制。

對(duì)接的控制還有另外一種方式：航天器自動(dòng)飛臨至國(guó)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(dòng)至對(duì)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)接。左圖為國(guó)際空間站內(nèi)航天員操作機(jī)械臂將靠近的龍貨運(yùn)飛船抓握住；右圖為航天員使用機(jī)械臂將龍貨運(yùn)飛船對(duì)接到國(guó)際空間站上。

薛滔