載人飛船怎么和空間站交會(huì)

1、入軌與追蹤

入軌點(diǎn)，就是將飛船送至與空間站處于同一軌道面、且在其后下方的特定點(diǎn)，則后續(xù)飛船按照規(guī)劃好的變軌策略逐次抬升軌道，即可在預(yù)定時(shí)間內(nèi)追上空間站。因此，入軌點(diǎn)是對(duì)兩飛行器相對(duì)關(guān)系（高度差與位置差）的設(shè)計(jì)。不同的相對(duì)關(guān)系需要采取不同的變軌策略進(jìn)行追蹤，某一特定的相對(duì)關(guān)系也可以有不同的追蹤策略——就相同的追蹤距離而言，在更低軌道上的飛行時(shí)間占比越大，追蹤越快，交會(huì)總時(shí)長(zhǎng)越短。

2、遠(yuǎn)距離追蹤與近距離接近

相距較遠(yuǎn)時(shí)，工程分別對(duì)飛船和空間站的軌道進(jìn)行測(cè)定，獨(dú)立確定各自的軌道，基于此制定變軌策略。其實(shí)時(shí)軌道可以由地面站進(jìn)行測(cè)定和預(yù)測(cè)，也可以通過(guò)飛行器上的衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)獲得。北斗全球?qū)Ш降膽?yīng)用，使得精確實(shí)時(shí)的軌道測(cè)定成為可能。距離足夠近，兩個(gè)飛行器能夠“呼應(yīng)”彼此了，就能通過(guò)飛船上安裝的測(cè)量設(shè)備（雷達(dá)、光學(xué)測(cè)量設(shè)備等）以及空間站上相應(yīng)配置的合作目標(biāo)（應(yīng)答機(jī)、光學(xué)靶標(biāo)等）獲得二者間的相對(duì)位置和速度。

3、偏差修正與約束條件

從火箭發(fā)射入軌到兩個(gè)飛行器追蹤接近，步步有序。而在實(shí)際飛行中，每一步都可能產(chǎn)生誤差。因此，飛行軌道控制規(guī)劃需要預(yù)留軌道修正的時(shí)機(jī)，根據(jù)實(shí)際偏差情況進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算、并決定是否實(shí)施修正。而所有階段的測(cè)量和計(jì)算誤差都會(huì)轉(zhuǎn)化為軌控參數(shù)的誤差，并且與變軌執(zhí)行偏差疊加，體現(xiàn)在軌控后的飛行狀態(tài)中。

4、交會(huì)需要停泊點(diǎn)

空間站沿圓軌道飛行。飛船追蹤過(guò)程中，若通過(guò)變軌達(dá)到空間站后方同軌道高度的圓軌道上，則兩飛行器相對(duì)距離和速度保持不變，飛船相對(duì)于空間站來(lái)說(shuō)就“停泊”了。這樣的停泊是由軌道規(guī)律保證的，即被動(dòng)安全：只要不做動(dòng)作，就沒(méi)有相撞風(fēng)險(xiǎn)。

載人飛船如何與空間站對(duì)接

1、對(duì)接初始條件

交會(huì)的終點(diǎn)就是對(duì)接的起點(diǎn)。此時(shí)，飛船相對(duì)于空間站的橫向位置與速度、三軸姿態(tài)與角速度都盡可能接近零，只有軸向飛行方向保持預(yù)先設(shè)計(jì)的接近速度。工程以這些參數(shù)的狀態(tài)作為對(duì)接開(kāi)始的條件。此條件對(duì)于飛行控制系統(tǒng)而言是交會(huì)控制目標(biāo)，對(duì)于對(duì)接系統(tǒng)則是要適應(yīng)的初始范圍。從系統(tǒng)全局來(lái)看，交會(huì)終點(diǎn)精度越高越好，而對(duì)接機(jī)構(gòu)的容差范圍則越大越好，這也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)在進(jìn)行分配時(shí)需要留余量的界面。

2、從單航天器到組合體

（1）接觸、接納和幾何位置校正

交會(huì)飛行完成時(shí)，飛船和空間站的位置、相對(duì)速度、相對(duì)姿態(tài)、角速度都是一致的，也就是說(shuō)，對(duì)正了。但偏差仍然存在，因此，兩個(gè)飛行器的對(duì)接機(jī)構(gòu)相互接觸后，第一件事就是消除初始偏差，讓雙方的機(jī)械裝置相互接納，并且校正相互的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)完完全全的“對(duì)正”。這個(gè)動(dòng)作，類(lèi)似擰螺絲釘時(shí)先對(duì)準(zhǔn)螺孔的扶正動(dòng)作。

（2）緩沖并消耗碰撞能量

高速飛行的大質(zhì)量航天器，即使以較小速度相互接觸，沖擊能量也是相當(dāng)可觀的。飛船和空間站中至少一方需要配置緩沖和耗能裝置，減緩沖擊過(guò)載，耗散或吸收撞擊能量。

（3）機(jī)械連接

兩個(gè)航天器接觸的碰撞能量被緩沖、吸收之后，兩對(duì)接端面被拉近、靠攏，然后通過(guò)機(jī)械鎖系剛性連接為一體。除了要保證足夠的連接剛度和承載能力，對(duì)于載人航天器，還要實(shí)現(xiàn)兩航天器間的密封，以保證人員能夠通過(guò)兩個(gè)航天器的對(duì)接通道往來(lái)。與緩沖系統(tǒng)的配置原則類(lèi)似，飛船一側(cè)通常配置橡膠密封圈，空間站一側(cè)配置金屬密封面。

載人飛船為什么要對(duì)接空間站

由于科學(xué)研究的需要，空間站的尺寸十分巨大。例如，“國(guó)際空間站”由航天員居住艙、實(shí)驗(yàn)艙、服務(wù)艙、對(duì)接過(guò)渡艙、桁架、太陽(yáng)翼等部分組成，長(zhǎng)109米，寬（含翼展）73米，總質(zhì)量約420噸。無(wú)論是什么型號(hào)的運(yùn)載火箭，都不可能一次把數(shù)百?lài)嵉目臻g站運(yùn)送到軌道上，所以只能將各艙段分批發(fā)射，然后在太空利用交會(huì)對(duì)接技術(shù)搭建起來(lái)。所以交會(huì)對(duì)接技術(shù)是建設(shè)空間站的基礎(chǔ)。

在其他太空活動(dòng)中，比如為長(zhǎng)期在軌道上運(yùn)行的空間站運(yùn)送航天員和提供物資補(bǔ)給，或在軌航天器之間的互訪(fǎng)、物資轉(zhuǎn)運(yùn)或緊急救生等，也要用到交會(huì)對(duì)接技術(shù)。在未來(lái)的深空探測(cè)等航天活動(dòng)中，交會(huì)對(duì)接技術(shù)同樣是不可或缺的。

航天器的交會(huì)對(duì)接是指兩個(gè)航天器在空間軌道上會(huì)合，并在結(jié)構(gòu)上連成一個(gè)整體的技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)空間站、航天飛機(jī)、太空平臺(tái)和空間運(yùn)輸系統(tǒng)等的空間裝配、回收、補(bǔ)給、維修、航天員交換及營(yíng)救等在軌服務(wù)的先決條件。