（上海航天技术研究院第805研究所）

空间对接技术和对接机构已经成为航天技术的一个重要方向，是载人飞行的关键技术，也是今后扩展卫星应用能力的一个重要手段。

图为“神舟” 4 号箭船对接

前 言

对接机构最早是用来进行载人飞行技术的重要部分，实现飞行器之间（如飞船、航天飞机、空间站等）在宇宙空间的连接，航天员可以从一个飞行器转移到另一个飞行器。例如前苏联/俄罗斯空间站飞行中，航天员利用飞船与空间站对接进入空间站；还有美国登月飞行中，航天员利用登月舱与“阿波罗”飞船对接进入飞船等。对接技术和对接机构是载入飞行技术发展的关键技术。

由于运载能力的限制，大型空间建筑无法一次发射升空，利用对接技术，可以在空间装配大型空站站、进行复杂空间作业。如“和平号”空间站是由六个模块舱在空间对接而成，正在建造的国际空间站则将对接/装配成400吨的空间庞然大物。通过航天器的在轨装配（对接），可以克服运载器运输能力的限制，大大扩展人类空间活动的范围和规模。

近年来对接机构的应用又有了新的发展方向，卫星等无人飞行器也开始进行对接研究，并取得很大成果。

对接机构的发展历程

空间交会对接技术得到了迅速发展和广泛应用，并且已成为世界航天业的发展热点，不少国家都把交会对接技术作为空间技术发展的重要课题加以研究。空间对接技术的研究开始于20世纪60年代初期。1963年3月，美国“双子星座”载人飞船的“阿金娜”火箭在宇航员的参与下实现了人类历史上首次空间对接作业。1967年10月，苏联发射的“宇宙-186”和“宇宙-188”两个无人航天器首次实现了空间自动交会对接。随着，美国在登月计划中，前苏联/俄罗斯在空间站飞行中大量进行对接作业，包括目前正在进行组装的国际空间站。迄今为止，俄罗斯和美国共成功进行了200多次空间交会对接活动。

20世纪80年代，欧空局和日本也积极开展了各自的空间交会对接研究，日本已于1998年成功地进行了航天器的空间交会对接飞行试验。欧空局和日本把研究的重点均放在发展空间无人自动交会对接技术上。这种对接技术对控制系统的要求很高，但可以实现碰撞载荷很小的软对接。

表1　已出现过的对接机构

典型对接机构

“锥-杆”式对接机构是前苏联/俄罗斯最早的对接机构，出现在1967年，前苏联对这种机构进行了不断的改进，研制成了用于载人飞船、载货飞船以及空间站模块舱与空间站对接的“锥-杆”式对接机构。这种对接机构在主动对接机构的通道盖上装有能够伸缩的传动机构，被动对接机构的盖子本身就是接纳锥，主动部件带对接框的密封壳体与被动部件密封壳体可形成过渡通道。“锥-杆”式对接机构结构简单，重量轻，被大量使用。但是在应用中需要主、被动两种机构成对使用，通用性差。

异体同构周边式对接机构（APAS）最初是由美国和前苏联专家共同研制成功的。它的主要优点是：追踪飞行器和目标飞行器采用构型完全一样的对接机构，因此无主动和被动之分；另外对接机构的所有部件均放置在周边而将航天器的中心位置留出来作为过渡通道。这种机构有带三个导向片的对接环，和并联式的差动缓冲机构，通过装在导向片上的三个捕获锁实现捕获，密封连接用对接框和对接锁完成，对接处的密封由两个彼此接触的橡胶密封圈来保证。

在“联盟号”的APAS中，俄罗斯发展了“差动式机电缓冲阻尼系统”，在此基础上研制了用于国际空间站的APAS-89式对接机构，已经用于国际空间图为安装过程中的“神舟”号飞船站的装配和航天飞机的对接。

图为安装过程中的“神舟”号飞船

研制卫星用对接机构，目的是使卫星应尽可能长时间的维持有效和稳定的运动轨道，以延长在轨寿命，降低更替频率。同时，卫星需要具备变轨能力以使其不易受到攻击，能够为观察新的敏感地区重新定位，或减少对全球覆盖多卫星群的需求。此外，由于发射成本及重量所限，要求卫星具有在轨服务功能，完成在轨燃料加注，利用自动负载处理系统更换卫星受损元件或补充耗费品等任务。卫星用对接机构将大大扩展卫星的应用范围和使用灵活性。

目前世界各国都在积极开展这项工作。日本的ETS-VII卫星所采用的软撞击对接机构已经进行了飞行试验，MicroSats小卫星交会对接机构，用于轨道快车计划的ASDS的对接机构和COMET自动交会对接试验在研制过程当中。

对接机构的关键技术

对接机构在我国是全新的技术，其中有许多问题是以前从未碰到的。由于对接过程是碰撞和机构运动的复合过程，需要综合考虑对接机构的力学参数和结构布局等参数；要研究符合动力学参数的设计方法和修正调整方案；考虑在温度、真空等空间环境影响和加工精度等因素下，对接机构的精度设计、分配和保证问题。需要开展对接碰撞及机构动力学仿真技术的研究，对接碰撞问题的精确求解理论上还在研究之中；复杂机构的动力学模型的精度难以保证、数值计算结果误差较大；机构的摩擦、润滑、间隙、温度的影响、局部碰撞等建立模型问题。在地面进行对接机构模拟失重条件下的对接动力学过程试验，和高低温等环境条件下的对接试验也有很大难度。

结束语

空间对接已经成为航天事业继续发展的一个重要的支撑性技术。随着我国载人航天工程的进展，我国的空间对接技术的研究已迫在眉睫。