天宫一号与神舟八号空间交会对接示意图

    美国航天飞机与俄罗斯和平号空间站交会对接

 俄罗斯“进步”系列货运飞船伸出杆准备与“国际空间站”对接

    日本H－2转移飞行器逼近“国际空间站”，准备交会对接

俄美飞船在轨交会示意图，上面有2艘飞船指令长签名

航天大国采用的“异体同构周边”对接机构系统

视点提示

    太空相会喜传胜利捷报：中国神舟八号无人飞船与天宫一号日前成功实现空间交会对接，并以组合体方式成功实现在轨运行为举世所瞩目。这使得中国已成为继俄罗斯、美国之后世界第3个完全独立掌握空间交会对接技术的国家，从而掀开了世界航天事业发展具有里程碑意义的崭新一页。为帮助广大读者深入了解当今国际空间交会对接技术发展的宏观趋势和新格局，本期特邀国际太空专家、中国空间技术研究院研究员、中国科学院中国发展战略学研究会航天领域专家委员庞之浩，详细解读“太空之吻”如何展示航天大国综合技术实力。

    意义重大——

    事关系列深空探索计划实施

    记者：通观世界航天器太空相会的发展历程，实现空间交会对接有何战略意义？

    庞之浩：可谓战略意义十分重大。首先，拥有和掌握空间交会对接技术是建造和运行空间站的先决条件，也是面向未来实施系列深空探索航天计划的关键一环。因为虽然空间站具有体积大、功能强和运行时间长等优点，是大规模开发太空资源的理想载人平台，但它无法进行天地往返，需用宇宙飞船等天地往返运输器与其交会对接，才能完成各项航天使命。所以，完成空间交会对接应该是航天大国技术实力的综合展示。

    群雄并举——

    新发展格局引世人瞩目

    记者：当今世界围绕国际空间交会对接技术发展，呈现出了哪些宏观趋势和新的格局？

    庞之浩：当前围绕发展空间交会对接技术，已呈现出群雄并举的宏观趋势和新格局。由于空间交会对接技术既重要又复杂，所以，美国与前苏联/俄罗斯所掌握的完整空间交会对接技术，都是在太空行走之后，通过完成大量的试验才得以实现的。

    尤其格外引人注目的是，目前欧洲和日本等转移飞行器在“国际空间站”空间交会对接技术方面，分别得到了来自美国或俄罗斯的技术支持。欧洲自动转移飞行器的对接机构，由俄罗斯提供，日本H-2转移飞行器的对接机构则由美国提供，其最后对接过程是由空间站的机械臂控制完成。同时，二者在飞行任务中，均离不开美国和俄罗斯的数据中继卫星系统支持。

    太空牵手——

    竞争与合作相伴而行

    记者：目前，国际上航天大国实现空间交会对接如何开展技术合作？主要运用了哪些新技术？

    庞之浩：国际上航天大国在实施空间交会对接中，可谓始终是竞争与合作相伴而行。1995～1998年，美国航天飞机成功与俄罗斯和平号空间站进行9次交会对接；1998年～2011年，美国航天飞机成功与“国际空间站”进行了37次交会对接，没有1次失败，这充分显示了他们对空间交会对接技术的掌握已十分先进和成熟。美国航天飞机与空间站交会使用的测量设备主要包括GPS、微波雷达、激光雷达、光学摄像系统等。美国航天飞机与空间站对接时使用的机构“是改进的”异体同构技术。这些新技术的运用，既促进了合作，又强化了竞争性。

    形式多样——

    俄罗斯对接次数最多

    记者：以往国际上实现空间交会对接主要采用哪些技术形式？成功率如何？

    庞之浩：苏联／俄罗斯一直是世界上进行航天器空间交会对接最多的航天大国。其对接形式可谓多种多样：有无人飞船与无人飞船的对接；有载人飞船、无人飞船与空间站的对接；还有空间站模块舱间的交会对接与组装等等，并积累了极为丰富的成功经验。其联盟19号与美国阿波罗18号载人飞船首次实现了2个不同国家航天器间的交会对接，也首次使用了“异体同构周边”式对接机构，从而大大促进了对接机构发展，也为此后开展大型国际航天合作奠定了重要的基础。

    至今，苏／俄已发射上百艘宇宙飞船，其交会对接失败的教训也格外让人触目惊心。在所发生的10多次故障中，最严重一次是发生了“追尾”事故。1997年6月24日，进步M-34飞船脱离和平号空间站对接口飞离了空间站一段距离，当25日该飞船飞回来再次逼近空间站时，由于制动控制部件失灵，飞船没有及时对航天员指令作出响应，所以在飞到和平号时，直接撞到和平号“晶体”舱上，是地面控制中心及时控制住了进步M-34。2010年，俄罗斯2艘进步M货运飞船与“国际空间站”进行自动对接时也先后失败，都擦肩而过，后来采取改进措施才获得成功。

    这些交会对接事故中，相当部分是因系统故障造成的，例如自动交会测量系统失灵、对接机构故障等。所以，目前俄罗斯在改进交会对接技术的同时，也在不断建立和完善地面试验手段，突破和掌握了一系列关键技术。

    全面适应——

    美国对接成功率较高

    记者：航天大国实施空间交会对接通常主要考虑哪些因素？如何适应多种客观条件，实现关键技术突破？

    庞之浩：美国的经验是，其航天器交会对接多采用手动方式，主要全面考虑技术的把握性、安全可靠性和成本经济性等诸多因素。为此，航天员要在地面上进行大量操作培训和仿真试验。

    比如为了给阿波罗登月计划做技术准备，美国研制和发射了“双子星座”系列飞船，重在突破和掌握太空行走及空间交会对接等关键技术。

    至今，美国只发生过2次交会对接故障，一次是双子星座9号与“阿金纳”对接时发生故障；另一次是阿波罗14号飞往月球过程中，在指令舱与登月舱对接时，由于对接机构采用国外引进的材料，所以出现多次对接失败，直到第6次试接后才获得成功。正常情况下只需25分钟的对接，却花了近2小时。

    目前，美国交会对接飞行程序和操作方案，能够全面适应多种客观条件和状态改变的需要，例如发射时间推迟、追踪器入轨状态改变和设备故障等，因而其对接成功率目前较高。

    未来发展——

    仍需迈好“太空四步”

    记者：未来在国际上实现空间交会对接主要有哪些用途？其前景如何？

    庞之浩：国际大量实践与研究表明，空间交会对接技术未来主要有4大用途：一是可实现天地往返运输器（宇宙飞船、航天飞机）与长期在轨运行航天器（空间站）的停靠和连接，目前世界上所有空间站都采用了这种方式来维持长期运行。二是可使2个空间站在太空相互支持。2011年8月16日,俄罗斯轨道技术公司宣布，将打造一个能容纳7人的太空旅馆,其用途之一就是充当“国际空间站”航天员紧急避难所。三是可在轨组装大型航天器结构，即把要建造的航天器分成若干部分陆续发射到某一高度轨道上，然后通过交会对接技术组装成大型航天器系统，和平号空间站与“国际空间站”都是如此建造而成。四是航天器重构不断实现系统优化，以备未来完成其他深空探索等航天任务。

    记者：面向未来国际上航天器空间交会对接将呈现哪些新发展新趋势？

    庞之浩：纵观国际航天器空间交会对接发展简史，尽管根据具体要求、各种飞行程序会有所不同，但基本操作方式仍需迈好“太空四步”：大致是“地面导引、自动寻的、分步逼近、对接合拢”4个阶段。其中前3个阶段为交会，第4个阶段为对接，并连成整体运行。

    未来国际发展趋势，仍将是人工控制与自动控制相结合，以提高交会对接的灵活性、可靠性和成功率，而其中充分的地面仿真试验将是成功的关键。（图片合成：曾尧、顾瀚文）