飛船與空間站對接原理

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飛船與空間站對接原理，空間交會與對接是載人航天活動的三大基本技術之一。航天器之間的空間交會對接技術很複雜。只有掌握它們，人類才能自由出入太。飛船與空間站對接原理。

飛船與空間站對接原理1

空間交會與對接技術是指兩個航天器在空間軌道上會合並在結構上連成一個整體的技術。廣泛用於空間站、空間實驗室、空間通信和遙感平臺等大型空間設施在軌裝配、回收、補給、維修以及空間救援等領域。

意義

空間交會與對接是載人航天活動的三大基本技術之一。所謂三大基本技術就是載人航天器的成功發射和航天員安全返回技術、空間出艙活動技術和空間交會對接技術。只有掌握它們，人類才能自由出入太空，更有效地開發宇宙資源。對於國家來說，還能獨立、平等地參加國際合作。

在突破並掌握了載人航天的基本技術之後，宇宙飛船的主要用途就是爲空間站和月球基地等接送航天員和物資。在航天領域專家常說的一句話是：“造船爲建站，建站爲應用。”至今發射的宇宙飛船大多是作爲空間站的天地往返交通工具和長期停靠在空間站上的救生艇。爲了實現宇宙飛船的運輸功能，就必須攻克兩項關鍵技術，那就是宇宙飛船與空間站的空間交會技術與對接技術，主要設備是交會測量系統和對接機構。

航天器之間的空間交會對接技術很複雜。在國外載人航天活動早期，航天器之間的空間交會對接過程中經常發生故障與事故，即使在1997年，俄羅斯的兩個航天器還發生過一次重大的空間交會對接事故——“進步M3-4”飛船與“和平”號空間站相撞，使“和平”號空間站上的“光譜”號艙被迫關閉，部分氧氣泄漏，動力系統也受到影響。

通過多年的努力，目前美國和蘇聯/俄羅斯已完全掌握了在地面支持下的載人交會與對接技術。尤其是蘇聯/俄羅斯在掌握了空間交會與對接技術以後，先後利用飛船的運輸能力發展了幾代載人空間站，在空間交會與對接等方面一直佔據着技術優勢。

雖然起步較晚，但歐洲、日本等國家在空間交會與對接研究方面已取得長足進步，特別是某些單項技術和設備，如地面仿真、對接敏感器等，都取得了驚人的進步。日本曾於1998年通過兩顆衛星成功進行了無人交會與對接在軌試驗，2009年又用首個H2轉移飛行器實現了與國際空間站的交會對接。歐洲也在2008年用首個自動轉移飛行器實現了與國際空間站的交會對接。

技術概述

在空間交會與對接的兩個航天器中，一個稱目標航天器，一般是空間站或其他的大型航天器，是準備對接的目標；另一個稱追蹤航天器，一般是地面發射的宇宙飛船、航天飛機等，是與目標航天器對接的對象。對接對象也可以是太空中失控的或出現故障的航天器。追蹤航天器從發射入軌到最後與目標航天器完成剛性連接，整個過程大致可分爲地面導引、自動尋的、最後逼近、對接合攏四個階段。

航天器之間在空間進行對接時要先交會，即相互接近，它是一個航天器接近另一個航天器的過程。具體地說，就是在太空飛行中，兩個或兩個以上的航天器通過軌道參數的協調，在同一時間到達空間同一位置的過程。美國和蘇聯/俄羅斯曾使用過三種交會的方法，即相切法、共橢圓法和第一遠地點法。它們細說起來一言難盡，但都是利用兩個航天器的不同高度和霍曼變軌原理，使追蹤航天器以不同的速度移向目標航天器。

兩個航天器交會後要調整各自的位置，使兩個航天器之間逐步達到零距離，最終啓動對接機構實現對接，在機械上聯成一體，形成更大的航天器複合體。實現交會與對接是由交會與對接系統完成的，它通常包括跟蹤測量系統、姿態與軌道控制系統、對接機構機械系統等。兩個航天器在太空進行對接時，其初始條件是兩者保持對接機構的同軸接近方式和確定的縱向速度，以及在其他線座標和角座標上的速度爲零。但兩個航天器之間的實際相對運動參數總是有偏差。一般情況下，兩個航天器之間的相對位置及其平動速度通常是靠主動航天器運動控制系統和兩個航天器的定向與穩定系統來維持，前者適用於控制質心的平動運動，後者適用於控制繞質心的轉動運動。

總之，空間交會與對接過程一般是首先由地面發射追蹤航天器，由地面控制，使它按比目標航天器稍微低一點的圓軌道運行；接着，通過霍曼變軌，使其進入與目標航天器高度基本一致的軌道，並與目標航天器建立通信關係；接着，追蹤航天器調整自己與目標航天器的相對距離和姿態，向目標航天器靠近；最後當兩個航天器的距離爲零時，完成對接合攏操作，結束對接過程。

飛船與空間站對接原理2

因爲在飛船上一般都配有相對位置的導航系統，而它的核心就是Lider（激光測距），也叫做激光雷達，（做房屋設計的朋友應該都知道有一個測距儀就是和這個原理一樣，只不過Lider更加的.複雜一些），Lider一般由激光發射器和探測器組成。

Lider（激光測距）

當探測前方物體時， Lider首先會發出一束激光，激光頻率一般在可見光之外，當激光打到物體上時會被反射回來，被探測器捕捉到，從這個過程中我們可以獲得兩個數據，一個是距離信息，這可以是我們測算出飛船和空間站之間的時間間隔，激光所走的路程就是光速乘以時間，C*T，這樣一來一回，前方物體的距離就是C*T÷2，當然這是理想的情況下。

而實際情況下，激光並不是發射出去之後就反射回來的，因爲只有在物體的表面是完美鏡面，以及和發射的激光垂直的時候，纔有可能，現實中物體表面會有極細微的凹凸不平光線產生漫反射，所以只有其中少部分的光會反射回來。

所以，我們能得到的第二個信息就是反射光的強度，當飛船接近空間站時，會不斷的在一個類似於圓錐形的範圍內發射激光，探測前方視野範圍內物體每個點的距離和光的強度，當圖像上的顏色越接近白色時，就說明光越強，反之就會變弱，而且距離圖像是由一系列的點組成的，因爲這樣就可以形成一個前方物體的3D信息，這樣的情況下飛船就可以根據這兩種數據來分析空間站的位置。

爲了更加的準確，空間站還做了一些特別的處理，幫助飛船定位，首先是三個回射器，供飛船在遠距離定位空間站，每個器的內部分佈了7個直角反射鏡，直角反射鏡由3個互相垂直的鏡面組成，無論光線從哪個方向射來，都會經過三次反射，按照原來的方向反射回去，如此一來就減少了散射，所以這三個位置的光強會特別強。

回射器在現實中已經有很多應用，比如自行車尾部的反射燈。

三處回射器，一個呈45度朝向上方,一個朝向下方，另一個朝向前方，三個回射器的位置也是事先約定好的，空間站還在中距離和近距離爲飛船準備了兩組反光點，每組反光點都按固定的位置擺放，有些反光點會突出出來，幫助飛船定位三維座標，根據Lider傳感器的數據，飛船會從光強圖像中定位出強度最強的幾個反光點，再配合距離信息，就可以精準計算出空間站的座標系，和飛船自己的座標系進行比較後，就可以進行姿態調整了。