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中美俄三国太空对接装置异同图解

神舟八号已经追上了天宫一号,实现了我国航天器在太空中的首次交会对接。除了精准的轨道控制以外,让两者能够亲密接触的对接装置才是真正的关键所在。

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)

航天器对接装置是用来实现航天器之间对接、连接与分离的装置。通过它,可以实现两个航天器机械、电气、液路的连接。二者通过对接组成轨道复合体后,可实现人员、物资的转移。目前已有的对接装置主要有“环-锥”式、“杆-锥”式、“异体同构周边”式和“抓手-碰撞锁”式4种对接装置。

“双子星座”飞船采用的“环-锥”式对接装置结构

“环-锥”式是最早采用的对接机构,它由内截顶圆锥和外截顶圆锥组成。内截顶圆锥安装在一系列缓冲器上,能吸收冲击能量。美国的“双子星座”飞船与“阿金纳”火箭;“双子星座”飞船之间都采用了这种方式。

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)

“阿波罗”飞船采用的“杆-锥”式对接装置结构,“阿波罗”飞船指令舱头部可见“杆-锥”式对接装置结构


苏联/俄罗斯的“杆-锥”式对接装置结构,“联盟TM”飞船头部可见“杆-锥”式对接装置

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)

“杆-锥”式对接装置对接过程示意图

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)


“环-锥”式与“杆-锥”式在本质上是相同的。这两种对接装置虽然结构简单可靠、质量轻,但缺陷也是明显的:

两艘对接航天器上的对接装置不同,一艘是主动的杆,另一艘是被动的锥,二者不能通用。形象地说,二者类似于螺杆和螺母的关系。杆相当于“螺杆”、锥相当于“螺母”。带有“杆”的航天器只能主动去“追”带有“锥”的航天器并与之对接,反过来则不行。所以不利于实施太空营救。

对接杆和锥都位于对接口中央,占据了部分通道空间,影响了航天员的进出。

美国“阿波罗”登月舱与指令舱之间;苏联/俄罗斯“联盟”飞船与“礼炮”号空间站之间;“联盟TM”飞船与“和平”号空间站之间,都曾采用这种对接装置。


“异体同构周边”式对接装置苏联“联盟-19”飞船与美国“阿波罗-18”飞船对接使用的装置,“联盟-19”与“阿波罗-18”成员组在飞船模型前合影,对接装置清晰可见

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)

为使航天员和货物能够直接通过对接通道实现转移,苏联和美国在1975年共同研制出异体同构周边式对接装置。当两个航天器接近时,三块导向瓣分别插入对方的导向瓣空隙处。对接框上的锁紧机构使两个航天器保持刚性连接。

“异体同构周边”式对接装置有效克服了“杆-锥”式机构的缺点,这是因为:

对接装置是异体同构的(也就是“雌雄同体”,又可以做螺杆、又可以做螺母),航天器既可作主动方,也能作被动方,这一点对实施太空救援尤其重要;

对接装置是沿周边分布的,所有定向和动力部件都安装于舱口的四周,从而保证对接装置的中央成为来往通道空间。


航天飞机与“和平”号空间站、航天飞机与国际空间站等对接采用的装置

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)

随着航天器的尺寸和质量不断增加,苏联又研制出可供100吨以上航天器对接使用的异体同构周边式对接装置。对接通道直径增大后,两个航天器连接刚度也得到提高。航天飞机与“和平”号空间站、航天飞机与国际空间站的对接都采用了这种装置。


俄罗斯APAS-89对接装置

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)

神舟八号和天宫一号所采用的对接装置,也是“异体同构周边”式对接装置。有网友分析称,中国可能向俄罗斯借鉴了APAS-89对接装置。这种装置原本打算用在“暴风雪”号航天飞机与“和平号”空间站的对接上。

十字形对接装置是欧洲空间局研制的非密封、无通道的对接装置,仅用于无人航天器之间的对接。因其撞锁和连接器呈十字交叉分布而得名。日本的三点式对接装置则在周边布置三个抓手与撞锁,也只适用于无人航天器的对接。

中美俄三国太空对接装置异同图解(科普扫盲帖)

鉴于上述对接装置结构各异、标准不一,可能对未来的国际太空合作形成阻碍。美国国家航空航天局(NASA)宣布,国际空间站多边协调委员会批准了一项太空对接标准,为未来的载人飞船、无人飞船、以及低轨道和深空探测任务飞行器,提供一种通用的对接规范。该委员会成员包括了NASA、俄罗斯联邦航天局、日本宇宙航空研究开发机构辅助的日本文部科学省、欧洲航天局和加拿大航天局。其目标是创建一个标准的接口,让两种不同的飞行器在太空中对接,减轻新兴国际合作空间任务开发进程中的难度,使得各国之间的太空救援成为可能。

明天凌晨,神舟八号将与天宫一号实现对接,你有机会从电视现场直播的画面上看到它们的对接装置。由于采用了“异体同构周边”式对接装置,神舟八号与天宫一号亲密接触的“部位”在构造上是一样的。从这个角度来看,把这次交会对接称为太空之吻,确实相当“科学”呀。

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国际通用标准------新近在国际空间站上使用的“国际低冲击对接装置”(iLIDS)结构图

所以看了这些资料可以看出我国的对接口技术含量很高,可以和国际空间站对接的。发现号航天飞机的LIDS口,型号APAS95,是APAS-89的升级版

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