太空之吻--航天器對接裝置圖解

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1、太空之吻--航天器對接裝置圖解趙洋發(fā)表于2011-11-04神舟八號已經(jīng)追上了天宮一號，實現(xiàn)了我國航天器在太空中的首次交會對接。除了精準的軌道控制以外，讓兩者能夠親密接觸的對接裝置才是真正的關(guān)鍵所在。航天器對接裝置是用來實現(xiàn)航天器之間對接、連接與分離的裝置。通過它，可以實現(xiàn)兩個航天器機械、電氣、液路的連接。二者通過對接組成軌道復(fù)合體后，可實現(xiàn)人員、物資的轉(zhuǎn)移。目前已有的對接裝置主要有“環(huán)-錐”式、“桿-錐”式、“異體同構(gòu)周邊”式和“抓手-碰撞鎖”式4種對接裝置。[科幻插圖中的非剛性對接裝置]根據(jù)使用要求

2、，航天器對接裝置可分為精確的剛性連接和在相對位移較大時的柔性連接。在大多數(shù)情況下，特別是在載人飛行時，必須采用剛性連接，以保證兩個航天器不會因相對運動發(fā)射碰撞或解鎖?！碍h(huán)-錐”式對接裝置[“雙子星座”飛船采用的“環(huán)-錐”式對接裝置結(jié)構(gòu)]“環(huán)-錐”式是最早采用的對接機構(gòu)，它由內(nèi)截頂圓錐和外截頂圓錐組成。內(nèi)截頂圓錐安裝在一系列緩沖器上，能吸收沖擊能量。美國的“雙子星座”飛船與“阿金納”火箭；“雙子星座”飛船之間都采用了這種方式?！皸U-錐”式對接裝置[“阿波羅”飛船采用的“桿-錐”式對接裝置結(jié)構(gòu)][“阿波羅”

3、飛船指令艙頭部可見“桿-錐”式對接裝置結(jié)構(gòu)][蘇聯(lián)/俄羅斯的“桿-錐”式對接裝置結(jié)構(gòu)][“聯(lián)盟TM”飛船頭部可見“桿-錐”式對接裝置]“桿-錐”式對接裝置由“桿”和“錐”兩部分構(gòu)成，前者裝在追蹤飛行器上，后者裝在目標飛行器上。對接時，桿插入錐內(nèi)，然后錐將桿鎖定，接著拉緊兩個航天器，最終鎖定兩個對接面完成對接。[“桿-錐”式對接裝置對接過程示意圖]美國“阿波羅”登月艙與指令艙之間；蘇聯(lián)/俄羅斯“聯(lián)盟”飛船與“禮炮”號空間站之間；“聯(lián)盟TM”飛船與“和平”號空間站之間，都曾采用這種對接裝置。“環(huán)-錐”式與“

4、桿-錐”式在本質(zhì)上是相同的。這兩種對接裝置雖然結(jié)構(gòu)簡單可靠、質(zhì)量輕，但缺陷也是明顯的：·兩艘對接航天器上的對接裝置不同，一艘是主動的桿，另一艘是被動的錐，二者不能通用。形象地說，二者類似于螺桿和螺母的關(guān)系。桿相當于“螺桿”、錐相當于“螺母”。帶有“桿”的航天器只能主動去“追”帶有“錐”的航天器并與之對接，反過來則不行。所以不利于實施太空營救?！訔U和錐都位于對接口中央，占據(jù)了部分通道空間，影響了航天員的進出。“異體同構(gòu)周邊”式對接裝置[蘇聯(lián)“聯(lián)盟-19”飛船與美國“阿波羅-18”飛船對接使用的裝置][

5、“聯(lián)盟-19”與“阿波羅-18”成員組在飛船模型前合影，對接裝置清晰可見。]為使航天員和貨物能夠直接通過對接通道實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，蘇聯(lián)和美國在1975年共同研制出異體同構(gòu)周邊式對接裝置。當兩個航天器接近時，三塊導(dǎo)向瓣分別插入對方的導(dǎo)向瓣空隙處。對接框上的鎖緊機構(gòu)使兩個航天器保持剛性連接?！爱愺w同構(gòu)周邊”式對接裝置有效克服了“桿-錐”式機構(gòu)的缺點，這是因為：·對接裝置是異體同構(gòu)的（也就是“雌雄同體”，又可以做螺桿、又可以做螺母），航天器既可作主動方，也能作被動方，這一點對實施太空救援尤其重要；·對接裝置是沿周邊分

6、布的，所有定向和動力部件都安裝于艙口的四周，從而保證對接裝置的中央成為來往通道空間。[航天飛機與“和平”號空間站、航天飛機與國際空間站等對接采用的裝置]隨著航天器的尺寸和質(zhì)量不斷增加，蘇聯(lián)又研制出可供100噸以上航天器對接使用的異體同構(gòu)周邊式對接裝置。對接通道直徑增大后，兩個航天器連接剛度也得到提高。航天飛機與“和平”號空間站、航天飛機與國際空間站的對接都采用了這種裝置。[俄羅斯APAS-89對接裝置][中國的對接裝置]神舟八號和天宮一號所采用的對接裝置，也是“異體同構(gòu)周邊”式對接裝置。有網(wǎng)友分析稱，中

7、國可能向俄羅斯借鑒了APAS-89對接裝置。這種裝置原本打算用在“暴風雪”號航天飛機與“和平號”空間站的對接上?！白ナ?碰撞鎖”式對接裝置[歐洲空間局的十字形對接裝置]歐洲空間局研制的十字形對接裝置與日本研制的三點式對接裝置均屬于“抓手-碰撞鎖”式。二者只是布局上的差別。十字形對接裝置是歐洲空間局研制的非密封、無通道的對接裝置，僅用于無人航天器之間的對接。因其撞鎖和連接器呈十字交叉分布而得名。日本的三點式對接裝置則在周邊布置三個抓手與撞鎖，也只適用于無人航天器的對接。國際通用標準[新近在國際空間站上使用

8、的“國際低沖擊對接裝置”(iLIDS)結(jié)構(gòu)圖]鑒于上述對接裝置結(jié)構(gòu)各異、標準不一，可能對未來的國際太空合作形成阻礙。美國國家航空航天局（NASA）宣布，國際空間站多邊協(xié)調(diào)委員會批準了一項太空對接標準，為未來的載人飛船、無人飛船、以及低軌道和深空探測任務(wù)飛行器，提供一種通用的對接規(guī)范。該委員會成員包括了NASA、俄羅斯聯(lián)邦航天局、日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)輔助的日本文部科學省、歐洲航天局和加拿大航天局。其目標是創(chuàng)建一個標準的接口，讓兩種不同的飛