交會對接為什么需要地面導引

空間交會對接包括交會和對接兩個相互銜接的過程。空間交會是指兩個獨立飛行的航天器從一定距離經(jīng)過一段時間的控制飛行后相互靠近；對接是指兩個航天器通過特定的機構連接成一個整體?？臻g交會對接是一項十分有用的技術，通過交會對接，可以在地球軌道上追蹤、捕獲和修復失靈的衛(wèi)星，或分批次運輸、組裝成更大規(guī)模的航天器，或向空間站運送航天員及貨物，或帶回需要返回地面的航天員及有用的空間站實驗樣品等。要實現(xiàn)大規(guī)模的空間應用，交會對接技術是一項必須掌握的基礎技術。

交會過程分為地面導引和自主導引兩個階段，地面導引階段由地面對相距較遠的追蹤航天器和目標航天器進行軌道測量，并通過遙控對追蹤航天器進行導引控制；自主導引階段由追蹤航天器自主完成測量和導引控制。

交會對接為什么首先需要地面導引呢？當兩個航天器相距較遠時，它們彼此看不到對方在哪里，而當它們先后經(jīng)過地面測控站的上空時，地面站測得它們的運動信息，經(jīng)過計算就可以知道追蹤航天器應該怎樣飛行才能追上目標航天器。當?shù)孛姘堰@些信息告訴追蹤航天器后，追蹤航天器就像問清了道路一樣，可以信心十足地往前飛了。地面導引要滿足一定的精度要求，否則就可能造成擦肩而過的遺憾。

 地面如何對飛船進行導引

這里以飛船和空間實驗室的空間交會對接為例，說明交會對接的地面導引過程。

空間交會對接過程示意圖

在實施空間交會對接時，空間實驗室通常運行在大約340千米高的兩天回歸的圓軌道上。通過精心選擇飛船的發(fā)射窗口和飛行程序，飛船入軌后進入與空間實驗室軌道面相近、比空間實驗室高度略低且在空間實驗室之后飛行的軌道。

根據(jù)航天動力學理論，飛船的軌道高度越低，運行周期越短，繞地球飛行的角速度就越大。因此，經(jīng)過一段時間后，飛船就可以追到距離空間實驗室不遠的下方，此時通過變軌抬高飛船軌道高度，就可以使飛船進一步接近空間實驗室。同時，當二者軌道高度接近時，運行周期也接近了，因此相對速度就變小了。

如果飛船和空間實驗室的運行軌道不在同一個平面內(nèi)，還需在兩個平面的交會處進行變軌，使兩個軌道共面。當然，考慮到地球大氣、地球非球形等因素對軌道面的影響，實際操作中，改變軌道面的變軌位置和變軌沖量方向會略有不同。

具體的變軌控制方案依賴于地面對飛船和空間實驗室軌道的測量精度及對飛船的控制精度。假如測量和控制精度很高，飛船只需要少數(shù)幾次變軌就可以實現(xiàn)交會，就好像高水平的高爾夫運動員，幾桿就能把高爾夫球打進洞里一樣。

通常，地面導引過程包括4～6次變軌。每次變軌前，地面測控站首先要對飛船和空間實驗室進行精確測軌，知道它們現(xiàn)在和未來的準確位置后，再對飛船發(fā)號施令。每次變軌后，地面同樣要對飛船和空間實驗室進行精確測軌，一方面檢驗飛船是不是按照地面的指令變軌了，另一方面也是為下一次變軌做準備。這樣一環(huán)扣一環(huán)，每一步都必須將飛船嚴格控制在預定的范圍內(nèi)，最后才能保障飛船自主導引的正常實施。