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神舟十二號快速交會對接,玩得就是一個帥,那別國都能玩快速嗎

2021-09-24由 東城觀星 發表于 歷史

只用六個小時,神舟十二號與空間站核心艙完成對接,航天員快速入駐空間站!經過天舟貨運飛船兩次快速交會對接的演練,神舟十二號載人飛船第一次使用快速交會對接技術把宇航員送到了中國空間站,以後快速交會對接將成為中國飛船的常態了。那外國的飛船可以進行快速交會對接嗎?

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一、快速交會對接居然是老技術了

答案可能有點讓人意外,不僅美國和俄羅斯都掌握快速交會對接的技術,而且美國和蘇聯早在上世紀六十年代就開始實踐快速交會對接了。中國的天舟飛船和神舟十二號載人飛船都是4圈對接的方案,大概用時6個小時左右。但是美國和蘇聯當年都實踐了更快的交會對接。載人交會對接的記錄是美國”雙子座11”飛船1966年9月創造的,用時94分鐘。無人交會對接記錄是蘇聯創造的,1968年4月“宇宙號213”用時47分鐘與“宇宙號212”完成交會對接。

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相對於現在的6小時交會對接來說,當年美蘇的交會對接要快多了。而且美蘇早期的交會對接往往都是快速交會對接。雖然不是6小時對接,但一般都控制在一天以內。按現在的標準,24小時以內完成交會對接叫快速交會對接,2-3天完成的叫慢速交會對接。所以,在上個世紀快速交會對接是常態。

二、美蘇為什麼放棄了快速交會對接

但是後來美蘇不約而同地選擇了慢速交會對接。美國放棄快速交會對接的原因很簡單,美國宇航員會暈船。不要笑,確實是暈船,只不過他們暈的不是輪船而是載人飛船。用術語說,那叫航天運動病,頭暈、噁心、嘔吐,還可能有感覺錯位的症狀。

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精挑細選的航天員仍然難以避免太空暈船,有三分之一到一半的宇航員可能會有航天運動病。美國為了保障對接精度,往往都是採用手動交會對接,如果航天員暈船的話,對接很容易失敗。一般來說,發射後很快就會有暈船的症狀,8-12小時是比較嚴重的時候,這時候如果操作飛船的話,很容易出現失誤。但是,30多個小時以後,症狀就會緩解,美國選擇50小時的交會對接方案,可以明顯減少航天運動病的影響,確保交會對接的成功。

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蘇聯早期的交會對接使用自動方案,可以減少航天員操作的影響,所以蘇聯使用快速交會對接的次數比較多。但是,由於快速交會對接對軌道控制和發射精度的要求比較高,失誤的機率就會比較大,後來蘇聯也逐步放棄快速交會對接了。中國最初的交會對接操作也都是慢速交會對接。

三、快速交會對接的難點在哪裡

到了2012年,俄羅斯航天局驗證了新設計的一個四圈對接方案,再次實現了飛船跟空間站的快速交會對接。這時候距離人類上一次快速交會對接已經過去26年了。在貨運飛船試驗成功以後,開始在載人飛船上使用,此後,這個方案一直被俄羅斯的飛船所採用。這個四圈對接方案,就是我們國家神舟十二號採用的方案。

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要說這個快速對接方案難在哪裡?主要還是發射難度和軌道控制難度。載人飛船發射以後,開始追趕空間站,只要追上空間站完成對接就可以了。看起來很簡單,不斷加速就可以了。實際上,這個追趕的過程涉及兩個複雜的因素。

第一個因素,飛船和空間站都不是走直線,而是圍著地球轉圈,飛船追趕空間站的過程中實際上是小圈變大圈的過程,而且最後兩個軌道差不多大的時候,距離上必須很接近才行。如果它倆的軌道一樣,但距離非常遠,比如一個在地球這邊,另一個在地球另一邊,那就追趕失敗了。必須調整軌道,重新追趕。

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第二個因素,飛船和空間站都圍著地球轉圈,但是他兩一開始並不在一個平面上,這樣僅靠加速小圈變大圈是追不上的。飛船在加速調整軌道的時候,還要調整軌道的角度,讓自己的軌道和空間站的軌道進入同一個平面裡來。這就要求飛船發射的時候,自己的軌道和空間站的軌道之間的夾角不能太大,太大了調整起來就會比較困難。

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快速交會對接要求兩個軌道的夾角越小越好,比如四圈對接方案要求夾角小於30度。要想讓兩個軌道的夾角小,那就得嚴格控制火箭的發射視窗。普通的慢速交會對接,每天都有發射視窗,發射出去以後,有兩天的時間從容調節軌道。但是四圈交會對接每三天才有一次發射視窗,而且視窗期很窄,對火箭的準時發射要求非常高。一旦快速交會對接軌道控制不好,就得改成慢速交會對接慢慢調整軌道。

四、快速交會對接有優勢

上世紀,測控精度等方面的難度比較大,維持快速交會對接比較費勁,還容易失誤。到了這些年,自動化技術越來越高,軌道控制能力越來越強,對於航天大國俄羅斯、中國和美國來說快速交會對接已經沒有難度了,反而會有很多好處。

比如,可以讓貨物儘快送到空間站,有些特殊的貨物需要快速送達,太慢了就會影響後面的時間質量。除了實驗物品外,像新鮮的水果,6小時送達和50小時送達的效果也是不一樣的吧。再比如,航天員在飛船裡待著,顯然不如儘快進入空間站舒服。現在對快速交會對接有了一定的需求,所以俄羅斯和中國都採用了快速交會對接。俄羅斯近期還用貨運飛船試驗了3小時40分快速對接。

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按理說美國的龍飛船也可以實現快速交會對接,但暫時還沒有實施,估計以後也會實施的,應該也是先用貨運飛船做試驗。至於歐空局、日本和印度有沒有這個能力,應該說暫時還沒有實踐經驗,需要練習才能掌握。

關於快速交會對接,先介紹到這裡,歡迎新老朋友持續關注東城觀星。

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