中国载人航天越来越常用的快速对接是啥?

神舟十二昨天都回来了,马上天舟三号货运飞船即将在文昌接力发射。按照计划,天舟三号也会使用快速对接方式,6个多小时就能走完约20万千米的路程,顺利给天宫送货。目前来看,快速对接已经是中国载人航天的常态,天舟二号、神舟十二、天舟三号,估计还包括未来的任务大都会使用这个策略。

在讲什么是快速对接前,有必要简单科普下航天器是怎么对接的。俄罗斯联盟飞船对接国际空间站做过一套极好的科普动画,用它作为案例作为讲解,世界各国航天器的流程大同小异。

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火箭发射10分钟后就能将飞船送入太空,但飞船入轨后的轨迹其实是个近圆形的轨迹,国际空间站也是一个近圆形,可以想像:二者轨迹需要完美相切才能相遇。但如果从发射后就要求对接难度太大,毕竟这样对火箭和航天器发动机工作时轨道控制精度要求太高,发射窗口也会被逼到极小,且全程不能出任何问题,甚至必须理论值!

保险起见,二者会进入不同高度的轨道,但轨道倾角和升交点一样,这样二者的轨道周期不同,大约两天内会数次“接近”。在此期间,位于下方的飞船有足够长的时间缓慢精细调整轨道。

最后阶段时,其实不是飞船追空间站,而是空间站追飞船。飞船先到国际空间站轨道稍高且靠前的区域,然后掉头,发动机换方向,减速+精细控制等待国际空间站“撞”上来。虽然相对地球速度高达7.8千米/秒,声速几十倍,但相对速度极小没啥问题。

以上方案,在大多数情况下,联盟飞船、进步飞船、航天飞机、神舟飞船、天宫飞船、龙飞船、HTV、天鹅座飞船都在这样用,载人任务一般都是发射后两天才对接,这样效率低、宇航员/航天员比较痛苦、但是安全性最高。

当技术足够成熟,尤其是航天器轨道控制技术完美,就可以尝试缩短这两天的时间,即快速对接,一般在围绕地球4周左右完成。从发射到对接的总时间6小时以上。或者更加极限,挑战2周、3个多小时对接。但一般来讲,考虑安全性,载人的任务要更小心,货运的可以更大胆。

快速对接领域也是个“艺高人胆大”的竞技场:在载人航天领域,美国有过一个疯狂的纪录,也是人类历史最快速载人情况下对接的1966年双子座11任务,乘组也是后来的阿波罗12号任务两名宇航员,94分钟(一圈)就对接,这个记录无人能破。双子座的这个记录需要超级精确的火箭控制和发射窗口控制,为了实现一圈对接的目标,当时的发射窗口只有1秒,早1秒晚1秒都不行!要知道那是1966年。这既是大胆的技术,也是大胆的玩命。

不过真的没必要玩这么极限,随着人类载人航天逐渐成熟,大家也以实用为主。目前,载人联盟基本能实现6小时载人对接,也在突破往3小时走,是咱们比较靠谱的努力目标。

如前文,货运飞船不载人就无所谓了,理论上可以做到更快,现在的进步号已经可以实现3小时。不过货运没那么急,也因此没啥必要追求对接速度,6小时、或者3小时很好了。

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