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第53章 空间飞行器的交会对接

无论是俄罗斯的空间站,还是美国的空间站,它们都不是长时间的单独运行,而是要与其他的飞行器组成一个整体,这就要靠交会对接技术来完成。载人空间站的交会对接可以说是空间站与其他的飞行器连接的唯一方法和手段,而且也是一个基本功。这还是一项极其复杂和要求很高的技术,因此,交会对接在载人航天技术中占有重要的位置。

交会,是指使一个空间飞行器与另一个飞行器在规定的同一时刻、以相同的速度到达空间轨道上的预定位置的过程。说得再通俗一点,就好比两个人要共同完成一件工作,约好在什么时间、什么地点见面一样。对于空间站也是如此,交会只是使它们到了一起,以相同的速度和方向飞行,但是并没有连接在一起。而对接,则是指两个已经交会的空间飞行器通过彼此的专门机构使它们在结构上连接成一体的过程。只有可靠的连接并保证密封,才能打开舱门,才能进行宇航员的换班和物资的交接。可以看出,交会是对接的基础,美、苏/俄都进行了大量的工作和多次的试验才掌握了交会技术。

事实上,交会对接过程是发射一个飞行器与已经在轨道飞行的飞行器如空间站进行交会对接。通常把已经在轨道上飞行的飞行器(比如空间站)称作目标飞行器,而把要与这个飞行器对接的飞行器(比如飞船或者航天飞机)称作对接飞行器。实现两个飞行器的交会对接有很多的步骤和条件限制。

实现两个飞行器的交会,对对接飞行器的发射时刻提出了苛刻的要求,这是因为一个飞行器比如空间站已经在空间围绕地球飞行着。它有固定的轨道和轨道周期,在它围绕地球转动的同时地球也在不停地转动,而要与它进行交会的飞行器是从地球上发射,当它竖立在发射台上时就与地球一起转动。发射后,它要逐渐接近和赶上空间站也就是目标飞行器。那么,什么时间发射、发射后要按什么轨道飞行它们才能在规定的时间、地点会合,这就不是随意的了。因此,什么时间发射就有了严格的限制,发射后它们之间的位置关系就确定了。

许多人认为航天器在交会对接时很危险,因为它们飞行的速度极快,在这样的高速之下对接航天器当然是件很危险的事。其实并非如此,航天器的高速度是它的绝对时速,这不会给对接造成任何危险,只有航天器与它所要对接的目标之间存在相对速度才有可能造成危险。而交会工作的任务之一就是让两个飞行器以相同速度飞行,也就是使它们的相对速度几乎为零,所以,只要相对速度掌握好,对接准确,即使它们的飞行速度再快也没有危险。

交会对接是个复杂的过程。概括起来,可以把它分成以下几个阶段:

阶段一:远距离引导

飞船发射入轨后与空间站在太空的相对位置就确定了,而它们的距离却相距很远,而且不在同一个轨道上飞行。因此,第一个工作就是远距离的引导,这主要靠地面的测控站与飞船上的测控系统配合进行。首先,修正由于火箭的制导精度给飞船带来的各种误差;然后,飞船在一定的位置加速使它从发射时的椭圆轨道进入一个更高的圆形的轨道,引导飞船不断地加速变轨,使它们之间的相对位置满足进行交会的最佳要求。并且不断向空间站靠拢,使两者的距离在100千米左右的范围内。

阶段二:近距离引导

在这个阶段中,飞船及空间站上都装有各种无线电交会雷达设备及光学设备,并且在相互的作用范围内彼此看得见,依靠这些交会设备使飞船能够发现目标即空间站,并且加速跟踪它和逐渐地接近它,此时它们之间的距离已经越来越近了,近到在500米的范围内。

阶段三:停靠阶段

当两个飞行器的距离逐渐接近在100~300米以内时,飞船以15~3米/秒的相对速度进入停靠阶段。此时的飞船相对于空间站而言,可能有位置和角度的偏差。因此,要进行上下左右的平移控制和角度的调整,并慢慢地向前靠,当到达大约100米的距离内飞船停止前进,此时两个飞行器的相对速度为零,一个在前,一个在后,一起在轨道上飞行。

阶段四:壮观的对接时刻

此时它们之间的距离是如此之近,最后的关键时刻到了,两个飞行器在雷达和瞄准器的作用下慢慢地靠近,再靠近,最终相遇。当两个飞行器的对接机构接触后,对接机构的锁紧装置把它们拉住并逐渐地收拢锁紧,两个飞行器的对接面达到密封的程度,使两个飞行器紧紧地连接在一起了。

事实证明,这个对接的过程是相当复杂和必须十分精确小心的。这是因为不光是两个飞行器到达一起就行了,在两个飞行器的对接面上有多个电缆的插头、插座,每一个插头上又有几十个插针、插孔,还有气体、液体的连接管路,都要一个不错地连接好。全部连接好之后的飞船和空间站已经联成一体,共同在轨道上飞行。然后,宇航员打开舱门,飞船上的宇航员进入空间站,而空间站的宇航员进入飞船,并把空间站上已经经过试验的装置装在飞船上,把飞船上从地面带上去的物品及新的试验装置送上空间站,进行交接和换班。

所以说,交会对接是一项极其复杂的技术,为了掌握交会对接技术,俄罗斯自家的空间站之间,飞船与空间站之间进行过多次试验,美国人同样如此,俄罗斯和美国也做过联合飞行,完成交会对接任务。

当空间站上的返回部分如对接后的飞船或其他的返回飞行器需要返回地面时,要控制的内容就更多了。首先要实现返回飞行器与空间站本体的分离。为了使它能够进入返回轨道,要使它转过一个特定的角度,然后发动机工作,使它脱离运行轨道,进入返回轨道方向。

在返回舱的返回过程中,仍然需要控制,使它按规定的姿态飞行,像“联盟”号飞船要保持大头朝前的飞行姿态,而且在返回过程中还要不断地控制其摆动,目的是调整它的落点,准确着陆。而航天飞机的返回仍然需要控制它的位置。要了解掌握它的工作状态,必要的时候要对它发一些命令,完成一些临时的任务。

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