新記錄：3小時40分超快速對接

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北京時間7月10日5時51分，俄羅斯使用聯盟2-1a型運載火箭在拜科努爾發射場成功發射進步MS-09飛船。飛船在繞地球運行兩圈后，于起飛3小時40分成功對接到國際空間站俄羅斯碼頭號對接艙上。船上載有約2.5噸食品、燃料和其它補給物資。這一新的超快速對接模式比此前射后約6小時、繞地4圈的快速對接模式縮短近一半時間，創造了國際空間站與造訪飛行器交會對接時間最短紀錄。

此外，進步MS-09飛船上還載有兩顆科研和教學用的單體立方星，稱為“天狼星衛星”（SiriusSat）1和2，每顆重1.3千克。它們由小學生在專家指導下組裝，由俄羅斯航天國家集團幫助安排免費發射，將由航天員在出艙時投放。星上載有空間天氣研究用的空間粒子探測器。

飛船除去把補給送上站，還擔負著測試“兩圈快速對接技術”，為該技術未來在載人飛船上應用“探路”的重要任務。

本次是俄羅斯第三次測試該技術，前兩次分別是在2017年10月和2018年2月發射的進步MS-07飛船和進步MS-08飛船，但兩次測試都在倒計時進行到最后時突然中止。據俄航天國家公司聲明，發射中止的原因均為火箭計算機在點火前返回了錯誤的信號。兩艘飛船盡管隨后都成功發射，但由于錯失發射窗口，不得不采用傳統對接方式，這也使得“兩圈快速對接技術”的測試和其在載人飛船上的應用一再推遲。

▲進步MS-09飛船點火升空

從“慢速對接”到“快速對接”

快速對接存在的主要技術難點，在于其對入軌精度和發射窗口的要求都很高。傳統的“2天對接”在對接前飛船會在低軌道運行34圈，利用飛船軌道與空間站軌道之間的周期不同，可以很方便地修正雙方相位差，最終實現軌道交會。但快速對接則僅在低軌道運行2～4圈，相位修正范圍非常小，這就導致對相位偏差的限制從傳統對接的150°大幅度提高到30°甚至更小，發射窗口也縮減到以分鐘計算，這就對包括發射場、運載火箭、飛船、測控系統等在內的整個任務體系提出了更高的要求。

為此，俄羅斯對交會對接流程進行了大幅度改進。傳統交會對接需要在發射入軌后通過測控獲取飛船軌道信息，隨后進行軌道機動，以進行軌道交會，而新的對接流程則在入軌后根據預計的軌道參數直接進行軌道機動，隨后再使用測控獲得的參數進行修正。很明顯，只有在火箭的入軌精度足夠高時，才能保證這種操作流程的有效性和安全性，一旦軌道機動出現問題，交會對接程序將自動轉回傳統的慢速對接模式。例如，2014年發射的聯盟TMA-12飛船由于軟件故障，偏差超過了快速對接的修正范圍，轉為2天慢速對接，成功對接國際空間站。

俄羅斯軌道動力學團隊為實現“兩圈快速對接”，開發了一種新的交會方法，即準共面插入法。該方法能將飛船以優化的相位角發射到軌道上的同時，保持軌道平面偏差在可控范圍內。這就減小了對發射窗口的要求，使得“兩圈快速對接”在技術上難度下降。另一個重要改進是改變軌道初始傾角，以減小空間站和飛船軌道夾角，從而減少飛船變軌消耗的推進劑。否則若采用傳統軌道進行“兩圈快速對接”，推進劑消耗會大幅上升，甚至遠超“慢速對接”。

此外，“兩圈快速對接”還利用了新一代“聯盟號”和“進步號”的衛星定位能力，以提升飛船的導航精度，飛船本身的控制和導航系統也進行了升級，使得飛船在與空間站交會對接時能夠進行更大程度的機動，這也略微降低了對交會精度的要求。

▲聯盟號火箭抵達拜科努爾發射場

▲飛船已經與適配器組裝，等待裝入整流罩

▲進步MS-09貨運飛船完成了燃料和壓縮氣體的加油作業

快速對接好處多

快速對接技術對于載人航天有著重要意義，由于現役載人飛船內部空間均較小，且航天員需要穿戴航天服以保障自身安全，導致載人飛船內的飛行舒適度較差，長時間飛行會對航天員狀態造成負面影響。

隨著新一代“聯盟”2系列運載火箭服役，俄飛船入軌精度進一步提升。因此，俄開始研究對接耗時更短的“兩圈快速對接技術”，耗時進一步減少到約3小時40分，由于對接時間更短，飛船所消耗的姿控推進劑數量也有較大幅度下降。目前采用的“6小時快速對接”可較傳統的“2天對接”節約姿控推進劑20千克，而“兩圈快速對接”從發射到對接耗時僅3小時40分，可進一步節約姿控推進劑和生命保障物資。對于貨運飛船，快速對接也有一定的積極意義。例如，由于對接耗時減少，蓄電池和太陽能電池板、姿控推進劑等均可進行一定程度的削減，可提高貨物上行載荷量。

在本次無人測試后，俄羅斯計劃在下一艘“進步”飛船上再次進行“兩圈快速對接”測試，以保證技術成熟可靠，隨后在“聯盟”載人飛船上應用該技術，縮短對接時間。