回顧歷史：美蘇六大航天器首次交會對接的那些事！

前幾天，「聯盟」MS-09飛船與國際空間站成功對接。「一個科普」找到一些素材，也簡單說說對接這些事。

首先，什麼是航天器交會對接

航天器交會對接是指兩個航天器（宇宙飛船、太空梭等）在太空軌道上交會對接，合併成在結構上連成一體的航天器的過程。1966年3月16日，美國航天員乘坐」雙子星座8號」飛船，手動操作交會過程，與無人」阿金納」目標飛行器對接，實現了兩個航天器之間的首次交會對接。1967年10月30日，蘇聯飛船」宇宙186″與」宇宙188″完成了首次自動交會對接。空間交會對接是載人航天三大基本技術之一，在很多空間活動中都會用到這項技術。例如，可以在近地軌道組裝大型空間站，組裝飛往月球、火星等外天體的飛行器，可以為空間站運送航天員和物資，可以實現航天器在軌服務、應急救援等。

1、歷史上第一次兩艘載人飛船空間對接

圖【蘇聯航天員沙塔洛夫在示意「聯盟」5號與「聯盟」4號的對接過程】

1969年1月16日，載有航天員沙塔洛夫的「聯盟」4號飛船與載有航天員沃雷諾夫、葉利謝耶夫和赫魯諾夫的「聯盟」5號對接成功，第一次實現兩艘載人飛船在太空對接。共對接了4小時35分鐘。對接後，「聯盟」5號的兩名航天員經過1小時的艙外活動，轉移到「聯盟」4號上。

圖【聯盟4號這類蘇聯為實現對接目標時期的主動對接飛船】

圖【同上，聯盟-5號這類的被動對接飛船】

圖【soyuz-4號的返回艙】

2、歷史上第一次兩個航天器之間的交會對接

1966年3月16日，美國航天員阿姆斯特朗和斯科特乘坐「雙子星座」8號飛船，手動操作交會過程，與無人「阿金納」目標飛行器對接，實現了兩個航天器之間的首次交會對接。

圖【「阿金納」目標飛行器】

圖【「大力神」起飛】

對接後，飛船猛烈滾動旋轉，阿姆斯特朗不得不將飛船與「阿金納」分開。但飛船仍在滾動，改用手動控制，才使飛船穩定下來。後查明是因人為扳錯開關造成姿控系統故障。為確保安全，飛船緊急返回。

3、歷史上第一次有人空間交會

1965年12月15日，美國「雙子星座」6號和7號飛船在航天員參與下，實現了世界上第一次有人空間交會。這兩艘飛船在不同軌道上並列飛行，兩艘飛船的間距保持在1.83至 3.05米之間，距離地球達312公里。

圖【「雙子星座」6號拍攝的7號飛船】

這次交會是由乘坐「雙子星座」6號的小華爾特 P 希拉與湯姆斯 P 斯塔福德與乘坐「雙子星座」7號的弗蘭克 鮑曼與小詹姆斯 A 路維爾進行的。

圖【「雙子星座」6號成員組】

圖【「雙子星座號」7號的運載火箭】

「雙子星座號」7號於12月4日在卡納維拉爾發射後，「雙子星座」6號於12月15日上午8時27分發射，此時7號正在其上空飛過。在第一軌道的端點6號點燃一個燃燒18秒的火箭，使它朝7號較高的軌道接近。「雙子星座」6號駕駛員希拉在以後的兩個圈中重複操作了幾次。交會是在第四圈上進行的，這時他們正在太平洋上空。4小時以後，6號降到較低的軌道上，並於12月16日返回地球；7號在軌道上飛行三天後返回地球。

圖【航母回收返回艙】

4、歷史上第一次自動交會對接

經歷了多次失敗後，1967年10月30日，蘇聯發射「宇宙」188號無人飛船。飛行49圈時與「宇宙」186號飛船在太空實現自動對接。對接飛行了3.5小時，船上電視攝像機拍攝了對接過程圖像。兩艘飛船還於10月31日、11月2日各自分離出一個密封回收艙返回地面。「宇宙」186與「宇宙」188完成了蘇聯首次自動交會對接。

5、美蘇航天器首次交會對接

阿波羅-聯盟測試計劃(英語:Apollo-Soyuz Test Project (ASTP);俄語:Экспериментальный полёт ?Союз-Аполлон? (ЭПСА/EPAS))是歷史上第一次由兩個國家合作的載人航天任務，由美國和蘇聯於1975年7月執行 。

圖【聯盟-U火箭載人首秀，直到去年最後一發聯盟-U落幕為止，一共發射1200多次】

對於美國來說，阿波羅-聯盟測試計劃對於美國可以說是最後一次阿波羅任務雖然不是阿波羅計劃的一部分，當時使用的還是阿波羅計劃產品，也是1981年4月首次太空梭任務開始前最後一次載人太空任務。對於蘇聯來說，這次任務是1976年6月聯盟21號之前的最後一次太空任務。

圖【土星-1號從執行了第一次登月任務的1號塔架起飛，這標誌著阿波羅時代正式結束】

阿波羅-聯盟測試計劃(ASTP)中，美國的阿波羅航天器和蘇聯的聯盟航天器在地球軌道中對接。聯盟號航天器有正式的任務名:聯盟19號，而阿波羅航天器則沒有正式的名稱，但也在少數場合被稱為」阿波羅18號」。

阿波羅-聯盟測試計劃的想法一定程度上來自於1968年的電影《藍煙火》(Marooned)，在影片中美國的阿波羅團隊對一艘蘇聯宇宙飛船實施了救援。

阿波羅-聯盟測試計劃使美國國家航空航天局(NASA)在阿波羅計劃和天空實驗室計劃結束後繼續進行載人航天任務。由於該計劃使用的土星IB號運載火箭以及阿波羅指令/服務艙都是阿波羅計劃中遺留下來的多餘設備，這次任務也是歷史上耗費專項資金最少的一次航天任務。

圖【美蘇雙方都在各自軌道艙內工作，「阿波羅」方軌道艙（氣閘艙）為單獨研製】

聯盟19號和阿波羅號飛船同時於1975年7月15日在蘇聯拜科努爾航天中心和肯尼迪航天中心成功發射，兩者發射時間間隔了七個半小時，並於7月17日在太空進行了交會對接。三小時後，兩位指令長斯塔福德和列昂諾夫在聯盟號的艙門處進行了不同國家的宇航員在太空的第一次握手。根據美國國家航空航天局的計算，這次歷史性的握手會在英國海濱城市博格諾里吉斯上空進行，但由於任務的延誤，實際握手發生在法國梅斯上空 。

圖【第一次太空行走後，多次錯過登月機與空間站機會的列昂羅夫終於獲得走向太空完成美蘇握手歷史任務】

聯盟號和阿波羅號連接了四十四小時，其間三位美國宇航員和兩位蘇聯宇航員交換了國旗和禮物(包括後來被栽種的樹種)，互相交換了簽名，參觀對方的航天器，合作進行科學實驗，一起進餐以及使用對方的語言。

斯塔福德說俄語時明顯拖長的發音讓列昂諾夫開玩笑說當時有」三種」語言被使用:俄語、英語，和斯塔福德的」奧克拉荷姆斯基語」(「Oklahomski」)。兩艘飛船還曾暫時分離。

之後兩飛船在互換了位置並再次對接，使聯盟號推動整個航天器。聯盟號在太空停留了五天，阿波羅停留了九天，蘇聯的兩位宇航員還進行了地球觀察實驗。兩艘宇宙飛船分離之後，阿波羅飛船通過機動創造了一個日食，使聯盟號上的宇航員拍攝日冕照片。兩艘飛船在告別之前又再次進行了一次對接。

圖【蘇聯方面第一次開放對蘇聯載人航天計劃的限制，從公開發射錄像到媒體可以實時採訪航天員】

從技術角度上以及相互關係上來看，整個任務是一個巨大的成功。另外一個細節是，阿波羅-聯盟測試計劃是首次攜帶手持可編程計算器HP-65型的航天任務。計算器是若干導航計算機無法正常工作時的備選工具。幸運的是，計算器沒有被使用。

整個任務中唯一一次嚴重的問題發生在阿波羅號準備返回大氣層時;由於一次人為錯誤，降落過程變得很困難，太空艙里也帶有有毒氣體。反映控制系統由於疏忽在降落時沒有被關閉，使沒有燃燒的推進器燃料在調整太空艙氣壓時被吸入。幸運的是，三位宇航員沒有出現嚴重的問題。阿波羅-聯盟測試計劃是阿波羅航天器的最後一次飛行任務。任務使用的指令艙目前保存在洛杉磯的加利福尼亞科學中心。

6、太空梭首次與空間站交會對接

1995年6月29日，美國太空梭「亞特蘭蒂斯」號順利地與太空運行的俄羅斯「和平」號空間站對接成功。

儘管當時俄羅斯在其「聯盟」號飛船與空間站方面已積累了70 多次交會對接的實踐經驗，但是對於美國太空梭來說, 只有多次與軌道上的衛星進行空間交會的經驗，從未與任何航天器進行過對接。並且此次對接涉及兩個國家，無論是技術風險, 還是政治風險都是很大的。因此，「亞特蘭蒂斯」號太空梭使用了俄羅斯研製的對接機構。俄制的對接機構經過了數十次空間飛行的考驗, 技術上相當成熟, 可靠性也很高。(而且俄羅斯還通過聯盟TM-16號原「暴風雪」號太空梭救援飛船與「和平」號空間站的太空梭對接艙的對接測試為美製太空梭對接空間站進行鋪路）

圖【實際測試的唯一一架」聯盟「測試機，」聯盟「TM-16號在太空中】

根據設計計算, 「亞特蘭蒂斯」號太空梭與「和平」空間站在對接時的相對速度不得大於0.03米/秒。實際上, 這兩個各重100多噸的航天器本身正在軌道上以7678米/秒高速運行。為實現對接，速度控制精度要達到 。為此，在對接過程中盡量利用了軌道動力學原理使太空梭自然減速, 而不用或少用反作用推力器, 以免噴氣羽流污染和平號上的光學鏡頭等敏感部位。

在對接過程中, 「亞特蘭蒂斯」號必須精確保持在以「和平」號(「晶體」艙)對介面中心為頂點的一個想像的圓錐形對接走廊內。當兩航天器相距76米時, 錐體直徑為21米；當距離為9米時, 錐體直徑為1.5米; 到達對接瞬時, 只允許有7.62 厘米的橫向偏差。為了保證太空梭處於錐形對接走廊內, 必須精確控制與空間站的相對速度, 設計要求接近時相對速度不得大於0.06米/秒,而實際上，相對速度控制在了0.03米/秒以下。

造成對接技術難度大的另一個原因是，允許的對接窗口的時間非常短, 只有兩分鐘。空間交會對接需要在地面站控制指揮下進行, 「亞特蘭蒂斯」號與「和平」號對接時, 正處在俄羅斯位於亞洲的一個地面站上空。這個地面站能夠跟蹤測控兩航天器的時間只有2 分鐘。除了對兩航天器的對接機構中心線的橫向偏差要求不大於7.62厘米外, 對兩中心線的平行度偏差也要求不大於 。

「亞特蘭蒂斯」號與「和平」號對接的實際操作由機長吉布森負責執行。駕駛員C·普列考特則不斷通過機載激光測距雷達和計算機運算, 提供太空梭相對於空間站的瞬時位置、速度和姿態等數據。當「亞特蘭蒂斯」號的對接機構與「和平」號的對接機構一旦接觸, 太空梭就自動打開推力器噴氣2.7秒, 推動兩對接機構壓緊並鎖定。接著, 太空梭上的航天員檢查對接部分的密封性, 在對各關鍵部位進行壓力檢測, 確認兩航天器在結構上完全嚙合時, 才打開溝通兩航天器的通道，讓太空梭上的航天員全部進入空間站。

為了完成這次歷史性的空間對接任務，美國航天員作了大量的準備工作。機長吉布森在地面約翰遜空間飛行中心的交會對接模擬裝置上進行過多次模擬操作; 駕駛員進行過1000 小時以上的模擬操作; 所有「亞特蘭蒂斯」號上的5名美國機組人員也都在模擬裝置上受過500多小時的飛行訓練。

圖【時隔20年，美俄航天員再次通過APAS對接系統進行握手】

還有，美蘇雙方各自都對空間站進行過極為驚險的對接，就如《太空救援》電影裡面對失控「禮炮-7」號的對接，也同樣值得紀念。

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