空间交会对接技术的发展

两个航天器在太空进行交会对接是一项相当复杂的技术,这也是苏联/俄罗斯、美国和中国把它放在航天员太空出舱活动之后,再通过多次发射来攻克它的重要原因。苏联/俄罗斯的航天器从20世纪60年代就突破了空间交会对接技术,但在2010年还是出现了空间交会对接故障。所以,我国对突破空间交会对接技术很重视,将在2011年、2012年陆续发射神舟-8、9、10飞船分别与天宫-1目标飞行器进行交会对接试验,从而掌握这一技术。     

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。     

空间交会对接技术

本文综述空间交会对接技术目前发展概况,着重讨论自主交会对接控制技术,敏感器和对接面结构型式。     

航天器空间交会对接中的最大一起事故

在载人航天活动早期,由于技术复杂,航天器之间在进行空间交会对接过程中经常发生故障与事故,其主要原因是交会对接技术不成熟,例如,自动交会对接测量失灵、对接机构故障等在1960—2008年底苏联／俄罗斯载人航天飞行中,一共发射了104艘“联盟”系列飞船和86艘“进步”系列飞船,其中空间交会对接故障15次,发生交会对接故障的概率约为8％,最大的1次空间交会对接事故是1997年6月进步M-34与和平号空间站相撞。     

美国空间交会对接测量技术发展研究

随着载人航天技术的发展和人类探索空间活动的深入,空间交会对接技术在越来越多的空间飞行任务中得到广泛应用。作为载人航天工程中的一个重要组成部分,空间交会对接也是我国实施空间实验室和空间站计划必须要突破的关键技术之一。航天器在空间完成交会对接的整个过程,实际上也是精确测量与控制的过程,空间交会对接测量技术是成功实现空间交会对接的关键。     

精采纷呈的中国首次空间交会对接

由于进行了充分的技术准备工作,并制定了科学的交会对接方案,以及各系统精确无误的操作实施,天宫-1与神舟-8在2011年11月1—3日实施的首次空间交会对接过程十分完美,一次对接成功。我国首次空间交会对接分为远距离导引段、自主控制段、对接段、组合体飞行段、再度对接段和分离撤离段实施,可以说既步步惊心,又步步放心。     

交会对接故障情况与分析

随着航天技术的发展，轨道服务技术已成为新发展起来的重要空间技术之一，其中空间交会对接（RVD）、空间机器人技术及出舱活动（EVA）是其主要组成部分。交会对接是实现空间装配、回收、补给及维修等高级空间操作的先决条件。     

美国的空间交会对接技术

为了给"阿波罗"登月计划作技术准备,美国研制和发射了"双子星座"系列两舱式飞船,用于突破和掌握太空行走和空间交会对接技术。1966年3月,美国"双子星座"8号飞船与由"阿金纳"火箭末级改装的目标航天器实现了世界上首次交会对接。1969年7月,美国"阿波罗"指令舱与登月舱实现了首次月球轨道人控交会对接。进入20世纪80年代,美国投入巨大的人力、物力,     

交会对接发动机配置比较研究

介绍执行空间交会对接任务的几个典型的飞船的发动机配置,通过比较,分析执行不同交会对接任务飞船的发动机配置的优缺点,提出了交会对接任务发动机配置设计时需要考虑的因素,并得出一些具有共性的结论,为后续交会对接任务的发动机配置提供参考.     

历史上三次重要的空间交会对接活动

至今,苏联／俄罗斯、美国、欧洲和日本一共进行了300多次航天器空间交会对接,其中苏联／俄罗斯是世界上进行航天器空间交会对接最多的国家,对接形式也多种多样,其对接方式通常为自动方式,有时也用手动方式。实践表明,苏联／俄罗斯的自动交会对接技术是先进的和可靠的。在冷战时期,美、苏两国在载人航天领域进行过激烈的竞争。然而,他们也开展过一些合作,其中影响最大的是1975年7月苏联与美国的飞船在地球轨道上实现了对接。这一事件被誉为“轨道上握手”的亲善行动。这一历史性飞行活动,作为缓和外空紧张局势和太空探索国际合作的象征,得到了全世界的好评。     

中国太空家园奠基

随着天宫一号和神舟八号的升空,中国载人航天二期工程第一阶段交会对接任务拉开的序幕。中国载人航天二期工程战略任务中国载人航天第二步的发展战略是实施航天器空间交会对接,突破和掌握航天器交会对接技术,建设短期有人照料,长期自主运行的空间实验     

苍穹飞吻——空间交会与对接

中国首次空间交会对接任务已进入发射实施阶段,在先后发射天宫一号目标飞行器和神舟八号飞船后,中国还将发射神舟九号、神舟十号飞船,继续实施空间交会对接飞行任务,并将在2020年建造长期载人空间站。本刊特编撰"空间交会与对接"专题,以飨读者。     

立方体星交会对接和空间飞行演示

正空间交会对接技术问世至今已有50年历史,在这半个世纪期间交会对接已经从探索、研究、实验阶段逐步走向成熟和应用阶段。现在交会对接已经变成一件日常例行的空间操作。但是过去和现在交会对接技术复杂,重量和功耗巨大,只能在大、中型航天器实现。例如:上世纪70~80年代,苏联"和平"号空间站和"联盟"号飞船仅交会对接机构和有关交会对接设备的重量都在2吨~3吨以上。如     

基于黑盒测试环境的交会对接软件时序分析技术及应用

航天器空间交会对接难度大,GNC软件对任务的完成起到重要作用.由于交会对接控制软件功能复杂,时序要求严格,这对软件测试提出了很高的要求.基于黑盒测试环境,利用FPGA设计方法和时序分析技术,实现了对交会对接软件重要数据运行时序的捕获和对上下行信号相位关系的跟踪,完善了故障触发和上行注入手段.该测试环境在交会对接软件研制过程中起到重要作用.     

交会对接光学成像敏感器的LD照明系统

以交会对接光学成像敏感器应用为背景,阐述主动式和被动式交会对接光学成像敏感器的区别、照明系统的不同方案,论述LD照明系统的组成和原理,以及LD器件和光纤的选择和特性,解决了交会对接光学成像敏感器大视场远距离均匀照明的难题,克服了空间适应性的困扰,且通过双波长工作模式增强了抗杂光能力.     

“神九”将载三人上“天宫”

中国载人航天工程新闻发言人2月17日宣布,中国将于今年实施天宫一号与神舟九号载人交会对接任务,实现航天员手控交会对接,全面验证交会对接技术。担负此次任务的飞行乘组将由3名航天员组成。     

艰难又成功的对接过程

两个航天器在轨道上交会对接，是一项非常复杂的和非常困难的过程，航天员必须谨慎操作，地面测控站必须精心指挥，任何一丝疏忽大意，都可能导致对接失败，甚至使航天器因撞击不当而损坏。俄罗斯在其联盟号飞船与空间站方面已积累了７０多次交会对接的实践经验。尽管如此，有时也难免功亏一篑，对接不成。对于美国航天飞机来说，在轨道上与另一航天器对接还是第一次。过去有过多次与轨道上的卫星进行空间交会的经验，但从来没有对接过，何况是与另一个国家的空间站对接，无论是技术风险，还是政治风险都是很大的。好在亚特兰蒂斯号航天飞机…     

基于交会对接CCD光学成像敏感器的双目测量算法

在空间交会对接近距离逼近阶段,CCD光学成像敏感器作为相对导航信息获取的主要测量敏感器,其测量性能直接关系到空间交会对接能否成功.针对适用于空间交会对接过程中CCD光学成像敏感器的双目测量算法展开研究,推导了基于主像机坐标系的双目测量算法计算公式,并重点对其抗干扰能力进行研究,最后对该双目测量算法进行了仿真分析并给出了仿真结果.     

2011年的中国航天活动

2011年,中国航天活动大放异彩,不仅发射次数多,还把天链-1的02星、海洋-2海洋动力环境卫星等先进卫星送入轨道,并且首次以“在轨交付”的方式向亚洲用户出口卫星,以及首次为欧洲卫星运营商提供发射服务。中国在2011年最重要的航天活动是圆满完成了首次空间交会对接任务,使中国成为世界上第3个完全独立掌握空间交会对接技术的国家,     

轨道维持与调相的综合优化策略研究

在交会对接飞行任务设计研究中必须首先确定目标航天器的轨道设计策略,研究了一种将目标航天器轨道维持和调相两种任务进行综合优化的策略.轨道维持的任务是使得目标航天器轨道的形状和位置符合交会要求,调相的任务是使目标航天器在轨道中的初始相位角符合交会要求.在考虑了交会对接发射窗口、交会终端约束条件下,将目标航天器轨道设计问题转化为一个非线性规划问题,应用序列二次规划方法对其进行了求解.仿真计算表明,这种方法既能以较少变轨次数满足交会对接任务要求,又能节省燃料,为空间交会对接任务规划提供了重要参考.