三十五年前的“太空握手”

现在，美国和俄罗斯的航天器之间的空间交会对接已经不算什么新鲜事了。为了建造国际空间站，1994～1998年，美国航天飞机曾9次与俄罗斯“和平”号空间站对接飞行，送美国航天员到“和平”号上工作，以取得航天飞机与空间站交会对接经验以及美国航天员在空间站上长期生活和工作能力，降低建造国际空间站的技术风险。     

空间对接机构技术综述

对空间对接机构及其技术进行了综述。将空间对接机构分为载人大型对接机构和非密封小型对接机构两大类,阐述了空间对接机构的物资补给与人员轮换、大型航天器或平台在轨装配、航天器在轨服务,以及探测器飞行过程构型优化等主要用途。将空间对接技术划为早期探索、实用、发展成熟和深入发展4个阶段。归纳了主要空间对接机构的特点。分析了空间对接技术中的总体设计、关键部件研制、对接力学仿真、对接机构试验等难点。回顾了我国空间对接技术的发展历程,以及突破的总体技术方案、捕获与缓冲设计、连接设计,以及其它设计要素等关键技术。给出了我国空间对接机构应用取得的重大成就。介绍了国外载人弱撞击式对接机构、停靠性对接机构和卫星对接机构等新型空间对接机构的研究背景、进展和涉及的关键技术。提出了未来我国空间对接技术发展路线,建议开展弱撞击对接系统、卫星对接机构的研究,并将合作目标对接技术向非合作目标捕获方向拓展。     

中外交会对接技术比较研究

目前,掌握航天器交会对接技术的国家或联合体有美国,俄罗斯,欧洲航天局,日本和中国。文章对上述五方的交会对接技术进行分析、比较与评述,包括发展过程与现在的技术水平以及未来的发展趋势,涉及交会敏感器、连接机构、交会对接控制等关键技术。在交会对接领域内,美国与苏/俄基本沿不同的技术途径发展,一直处于世界领先地位;欧洲、日本与中国也各有特色与技术优势,中国取得了世界瞩目的成就,但欧洲与日本的潜在实力也不容低估。     

美俄签署空间协议

美国NASA和俄罗斯宇航员于最近在莫斯科签署了两项有关载人空间飞行和火星探测的合作意向书。协议详细拟定了俄罗斯宇航员搭乘美航天飞机、美国宇航员搭载俄“和平”号空间站,以及航天飞机与“和平”号空间站合并对接的飞行任务。     

俄发射一艘载人飞船

2011年12月21日,俄罗斯联盟FG型火箭在拜科努尔发射场发射了联盟TMA03M载人飞船。飞船两天后同国际空间站对接。船上乘有美国、俄罗斯和欧空局航天员各一人,将加入第30宇航组组,使站上机组人数恢复到6人的满额水平。他们将在站上生活和工作约5个月,2012年返航。他们驻站期间,由太空探索公司研制的“龙”商业货运飞船将在一项验证任务下首次停靠到站上。     

空间对接机构技术及其研制

给出了空间对接机构的传动缓冲、捕获、连接密封、结构与附件，以及控制等子系统的组成和功能，阐述了对接和分离基本过程。以及其中的备份操作。分析了对接机构的总体设计、动力学仿真、部件研制和地面试验等关键技术。     

天上的人间生活

国际空间站上的活动空间是一块一块拼接出来的，这些巨大的罐装“模块”彼此连接，形成了一条长74米的管道，管道的一端是俄罗斯提供的模块，通过接口与美国、欧洲各国提供的其他模块连接了起来。一条巨大的桁架在俄罗斯模块和美国模块连接的地方横穿过去，桁架上装载了16块太阳能板，给空间站提供电力。     

对接机构分系统研制

介绍了我国神舟八号飞船和天宫一号目标飞行器对接试验的对接机构分系统的组成、控制时序、设计方案,以及可靠性与安全性。给出了对接机构分系统研制中总体设计、动力学仿真、试验和关键部件研制等关键技术,以及整机特性测试、连接分离试验、热真空对接与分离试验、寿命试验等验证情况。回顾了对接机构分系统的研制过程。     

俄“联盟”载人飞船同“国际空间站”顺利对接

据新华社2011年12月23日报道，俄罗斯地面飞行控制中心在当日称，联盟TMA-03M载人飞船于莫斯科时间当天夜晚同“国际空间站”的曙光号对接舱以自动方式顺利对接。飞船上搭载了3名航天员，分别是俄罗斯人奥列格·科诺年科、美国人唐纳德·佩蒂特和荷兰人安德烈·凯珀斯。     

苏联/俄罗斯的空间交会对接技术

目前,在世界空间交会对接技术领域处于领先地位的是俄罗斯和美国。苏联/俄罗斯是世界上进行航天器空间交会对接最多的国家,其对接形式也多种多样,有无人飞船与无人飞船的对接,有载人飞船、无人飞船与空间站的对接,以及空间站模块舱间的交会对接和组装等。苏联/俄罗斯在航天器的空间交会对接中积累了丰富的成功经验,也有不少失败的教训,很值得借鉴。     

空间停靠动力学和控制

本文研究空间停靠是广义的，它包括停留和靠近两个内容。本文首先研究空间靠近动力学方程；其次讨论保持点的动力学特性和保持点轨迹稳定的必要条件；最后介绍靠近段安全可靠的控制策略，其中包括主动稳定保持点轨迹的控制方案。     

面向在轨靠泊加注的管路力学分析与优化设计

面向在轨伸出式靠泊加注任务，针对对接过程中加注管路因同步外伸而产生附加力的问题，提出了一种偏置椭圆螺旋构型的加注管路。首先，推导了管路的轴向刚度和应力数学表达式，通过有限元仿真和实验校验了上述两个表达式的准确性。之后，将偏置椭圆螺旋管路与其他三种适用管路在同一设计空间下分别进行了基于最小轴向刚度的构型优化设计，得到了上述四种管路各自的最优构型与最小附加力，形成了该类在轨加注螺旋管路的完整设计方法。与仿真和实验结果对比,所推导的管路轴向刚度与应力数学表达式的相对误差均小于5%,可用于该类管路的设计分析。与无偏圆螺旋管路相比，所提出的偏置椭圆螺旋管路将靠泊加注对接过程中的管路附加力降低了约83.5%，更适用于在轨靠泊加注任务。     

ARCADE small-scale docking mechanism for micro-satellites

The development of on-orbit autonomous rendezvous and docking (ARD) capabilities represents a key point for a number of appealing mission scenarios that include activities of on-orbit servicing, automated assembly of modular structures and active debris removal. As of today, especially in the field of micro-satellites ARD, many fundamental technologies are still missing or require further developments and micro-gravity testing.In this framework, the University of Padova, Centre of Studies and Activities for Space (CISAS), developed the Autonomous Rendezvous Control and Docking Experiment (ARCADE), a technology demonstrator intended to fly aboard a BEXUS stratospheric balloon. The goal was to design, build and test, in critical environment conditions, a proximity relative navigation system, a custom-made reaction wheel and a small-size docking mechanism.The ARCADE docking mechanism was designed against a comprehensive set of requirements and it can be classified as small-scale, central, gender mating and unpressurized. The large use of commercial components makes it low-cost and simple to be manufactured. Last, it features a good tolerance to off-nominal docking conditions and a by-design soft docking capability.The final design was extensively verified to be compliant with its requirements by means of numerical simulations and physical testing. In detail, the dynamic behaviour of the mechanism in both nominal and off-nominal conditions was assessed with the multibody dynamics analysis software MD ADAMS 2010 and functional tests were carried out within the fully integrated ARCADE experiment to ensure the docking system efficacy and to highlight possible issues. The most relevant results of the study will be presented and discussed in conclusion to this paper.     

主动控制式对接机构对接预捕获阶段的仿真

介绍了主动控制式对接机构对接的基本操作过程，并以具有六个作动阻尼器的主动接制式对接机构为例，对对接预捕获阶段作了详细的研究。 该阶段两对接飞行器的运动方程，给出了作动／阻尼器为满足捕获条件所需达到的长度的计算方法，设计了控制回路，在此基础上作了数值仿真。仿真结果表明，建立的数学模型是正确的，设计的控制系统控制效果良好。     

周边式对接机构的航天器首次接触撞击点的确定

对周边式对接机构的航天器进行了研究，在对接捕获过程中首次接触撞击点的确定问题，文中建立了三类可能接触区域的空间解析描述关系式，根据空间“点”投影的不变性原理，给出了确定可能接触点的数学方程，使原问题由三维空间问题化为二维平面问题，其难度和复杂性都大大简化。最后，文中还给出了多组算例。     

空间飞行器对接动力学研究

异体同构周边式对接机构是目前飞船对接已经采用了的一种对接机构。本文详细地分析了具有这种对接机构的飞船的对接动力学。对接过程分三个阶段进行,捕获与接触;调整对接环;对接成功后的飞船姿态调整。 本文根据Jourdain—Bertrand原理推导并给出这三个阶段的对接动力学模型。同时,给出一组数字仿真结果。     

一种模块化微小型卫星对接机构建模仿真

面向微小卫星在轨服务的连接分离技术的需求，针对一种模块化微小型卫星对接机构，分析其机构原理，推导了机构的运动方程，并利用MATLAB验证机构的运动学模型的正确性，结合仿真定量分析机构可能出现的干涉问题，给出了不干涉条件。为研制用于模块化微小型卫星的对接机构提供一种运动学建模和仿真分析的 思路 。     

柔性锥-杆式对接机构碰撞过程仿真研究

以中小型航天器普遍采用的锥-杆式对接机构为研究对象,提出一种柔性对接锥作为缓冲系统的方案,用柔性锥变形吸收撞击能量作为缓冲。用有限元法对碰撞过程进行仿真,讨论了柔性对接锥作为缓冲系统的性能对对接过程的影响。仿真结果表明:与普通对接锥相比,柔性锥能减小碰撞力峰值50%多。     

苏/俄交会对接技术研究

苏/俄交会对接技术的研发,最初是为20世纪60年代初苏联月球使命服务的,后来主要用于空间站的运输使命。因此,最初的＂联盟＂飞船逐步演变发展为联盟号载人飞船系列与进步号货运飞船系列。联盟号和进步号飞船应用＂指针＂或＂航向＂交会雷达系统,基本采用自动轨道交会方法。对应急运作,联盟号航天员可使用手控器;对于不载人的进步号使命...     

周边式对接机构对接捕获阶段的三体力元动力学模型

在空间交会对接过程中，从首次接触碰撞到完成捕获这一阶段称为对接捕获阶段，对对接捕获阶段动力学性态的研究是空间交会对接技术的关键，建立动力学模型进行仿真是研究的一个有效途径。以有内导向瓣异体同构周边式对接机构为研究对象，从机构的物理模型出发建立了对接捕获阶段的三体力元模型。该模型考虑了缓冲系统六个方向之间的耦合和缓冲系统中齿轮等转动部件惯量的影响。并在动力学仿真软件DADS的接口上开发相应的用户模块。在DADS平台上完成对接过程的动力学仿真。