中外交会对接技术比较研究

朱仁璋 王鸿芳 丛云天 邱慧 王冉

（1 南京大学，南京 210093）（2 中国空间技术研究院，北京 100094）（3 北京航空航天大学，北京 100191）

1 引言

当前以及未来几十年时间内，世界载人航天活动将包括地球轨道空间站，载人登月与建立月球基地，载人小行星探测，以及载人登火星与建立火星基地等项目。在这些航天活动中，交会对接无疑是一项关键技术。迄今，掌握交会对接技术的国家或联合体有美国，苏联／俄罗斯，日本，欧洲和中国。

航天器交会对接涉及两个飞行器，即目标航天器与追踪航天器。一般情况下，目标航天器是被动的；追踪航天器是主动的，即是执行轨道机动与姿态机动的航天器。已退役或继续运作的追踪飞行器系列主要有：①美国的“双子座”飞船，“阿波罗”飞船，航天飞机，“龙”（Dragon）飞船；②苏／俄的联盟号载人飞船与进步号货运飞船；③欧洲的“自动转移飞行器”（ATV）；④日本的H-II转移飞行器（HTV）；⑤中国的神舟号飞船。美国的“天鹅座”（Cygnus）飞船最近将发射，“多用途乘员飞行器”（MPCV）（原名“猎户座”（Orion）飞船）等也正在研制中。已完成任务或仍在轨运作的空间站有：①苏／俄的礼炮号空间站系列与和平号空间站；②美国的“天空实验室”（Skylab）；③多国合作的“国际空间站”（ISS）；④中国的天宫1号空间实验室。［1-7］

本文对美国、苏联／俄罗斯、欧洲、日本、中国五方的交会对接技术进行分析、比较与评述，包括发展过程与现在的技术水平以及未来的发展趋势，涉及交会敏感器、连接机构、交会对接控制等关键技术。

2 交会对接技术特点分析

2．1 美国［1，6，8-25］

美国交会对接技术的发展，基本可划分为3个阶段：①“双子座”与“阿波罗”飞船阶段；②航天飞机阶段；③后航天飞机时代（包括“龙”，“天鹅座”，“多用途乘员飞行器”等）。

美国交会对接重要事件有：①1966年3月，航天员手动操作“双子座”飞船与无人“阿金纳”目标飞行器对接（世界首次载人交会对接）；②1969年7月，“阿波罗”首次应用交会对接技术完成登月任务；③1981年4月至2011年7月，航天飞机共执行了135次飞行使命，自1983年6月，在多次飞行使命中，每次至少进行过一次交会或邻近运作；④民营企业进入主流航天事业，“龙”计划一年发射2次，至今已成功发射3次（2012年5月，2012年10月，2013年3月），下一次发射（SpaceX 3）预计在2013年11月。美国交会对接技术特点如下：

（1）研发多种连接机构。美国成功研发与应用对接机构（“阿波罗”杆锥机构，APAS-75与APAS-89）及停靠机构（CBM），并且，正致力于国际统一标准连接机构（NDS）的研发工作。

（2）多种交会敏感器并用。在航天飞机／ISS交会与邻近运作中，应用Ku频段交会雷达与“轨迹控制敏感器”激光雷达，并以“手持激光雷达”（HHL）等多种敏感器作备份。

（3）手动控制为主的控制模式。对航天飞机，限于当时的计算机性能，高水平定序的自动运作功能仅限于上升与进入阶段，以及某些生命支持系统与热控系统工况。在上升与进入期间，自动化全面控制航天飞机飞行轨迹，而乘员担任监视角色并准备应急下降模式。然而，在轨道运行段（包括交会对接运作）主要由乘员操作与控制；在航天飞机向空间站逼近的邻近运作中，唯一的自动化项目是姿态机动，且仍需手动设置与启动。

（4）后航天飞机时代的技术全面革新。后航天飞机时代的飞行器采用不同于航天飞机的设计理念，以优于航天飞机的性能接替并扩展航天飞机的任务。相对早期飞船，新型飞船的特点是：①技术更新（如导航敏感器、连接机构、数据处理系统、热防护材料等）；②多重功能与用途；③可重复使用；④可靠性与安全性显著提升。

（5）民企研制的新型飞船“龙”开始运作。“龙”在航天飞机退役后首先投入使用，其特点是：①具有“货运构型”与“乘员构型”两个型号，分别承担货物运输与乘员运送任务；②为确保从货运能力向载人能力的快速转换，两个型号的构型几乎相同，只是“乘员构型”增加了乘员逃逸系统、生命保障系统、船载控制器（需要时，乘员可从飞行计算机接管控制任务）等系统；③全自主交会对接，应用集成通用停靠机构，需要时，有“弱冲击对接系统”（LIDS）或“雌雄同体周边装配系统”（APAS）支持，且“乘员构型”具有航天员手动驾驶的能力；④可重复使用，“龙”的热罩采用酚醛树脂浸渍碳烧蝕材料（Phenolic Impregnated Carbon Ablator，PICA），后壳防护应用SpaceX专有烧蚀材 料（SpaceX’s Proprietary Ablative Material，SPAM）；⑤应用新型交会敏感器“龙睛”（DragonEye）。“龙睛”为“激光成像检测与测距”（Laser Imaging Detection and Ranging，LIDAR）敏感器，导引“龙”逼近ISS。基于单脉冲激光，从“龙睛”到达目标并反射回的时间以及LIDAR 系统提供的3 维图像，可获得“龙”至ISS的测距与方位信息。

（6）研发3代视频制导敏感器。“视频制导敏感器”（VGS第1代）已在STS-87（1997年）与STS-95（1998年）航天飞机上进行了试验，“先进视频制导敏感器”（AVGS第2代）也在“自主交会技术验证”（2005年）与“轨道快车”（2007年）进行了试验，“下一代先进视频制导敏感器”（NAVGS第3代）用于后航天飞机项目之中。NAVGS与专用“激光测距仪”（LRF）连用，可完全实现任一飞行器与合作目标的自动／自主对接。在NAVGS／LRF 系统中，LRF提供初始测距信息并效验NAVGS获取的数据。

2．2 苏联／俄罗斯［7-9，26-27］

苏联／俄罗斯的联盟号与进步号飞船安全、可靠，为和平号空间站与“国际空间站”的组建与运作作出了突出贡献。目前，俄罗斯正在对对接机构、交会敏感器等关键硬件进行技术更新，为新型航天器的研制进行技术准备。

苏／俄交会对接重要事件有：①1967年10月，无人飞船宇宙-186与宇宙-188对接（世界首次自动交会对接）；②1969年1月，联盟-4与联盟-5飞船实现载人交会对接与乘员舱外转移；③1978年1月，进步-1货运飞船与礼炮-6空间站自动对接，并转移燃料；④1987年2月，联盟TM 飞船首次发射，将2名航天员送到和平号空间站，执行长达11个月的使命；⑤航天飞机退役后，联盟TMA-M 飞船承担了所有ISS乘员运送任务。苏／俄交会对接技术特点如下：

（1）主动式C 频段交会雷达系统。联盟号与进步号飞船向ISS的交会对接，成功应用主动式C 频段交会雷达，即“航向”（Kurs）自动交会系统。

（2）快速交会对接飞行技术。2012年8月1日，进步M-16M 货运飞船在绕地球轨道飞行4 圈后，成功与ISS对接，这是俄罗斯首次尝试在飞船发射后6 小时与ISS 对接（以往需2 天时间）。2013年3月28日，这种飞行模式首次用于载人飞船（联盟TMA-08M）向ISS的交会对接。这种快速交会对接模式，不仅是轨道设计问题，更本质的是折射出俄罗斯在航天器绝对状态（轨道与姿态）与相对状态的测量与控制方面的先进水平。

（3）自动控制为主的控制模式。俄罗斯飞船以自动控制为主；应急情况下，飞船乘员可使用手控器介入，空间站乘员也可应用“遥控操作交会单元”介入飞船控制，以确保飞行安全。

（4）继往开来的混合对接系统。联盟号与进步号飞船曾长期应用不断改进的杆锥系统，现在，“俄罗斯混合系统”已用于新型号“联盟TMA”系列飞船，也计划用于未来的飞行器上。混合对接系统可能是俄罗斯传统的杆锥（中心）对接机构向未来的周边连接机构的过渡。

（5）联盟号飞船最新型号联盟TMA-M 飞船拥有先进的飞行控制计算机，并按所谓“开放式体系结构”（Open Architecture）建造，被非正式地称为“数字联盟”（Digital Soyuz）。

（6）研发“新一代有人操作的运输飞行器”（PTK NP）。鉴于联盟号与进步号飞船趋于老化，俄罗斯提出“未来有人操作的运输系统”（PPTS）规划，包括更大推力的Rus-M 火箭与PTK NP，计划于2018年进行首次载人发射。这项规划不仅可显著提高俄罗斯的地球轨道运输能力，而且为俄罗斯未来的载人登月与载人登火星使命开辟道路。新研发的运输飞行器的主要特点如下：①新飞行器是具有气动控制表面的升力体；②大部分可重复使用（可能采用防热瓦代替烧蚀材料）；③具有载人与运货双重功能；④适应从地球轨道以外返回的超高速再入；⑤近距离交会应用激光交会敏感器，以取代微波雷达系统，减轻飞行器质量。

2．3 欧洲［1，4，8-9，28-29］

欧洲航天局（ESA）借鉴中断的Hermes-Columbus项目取得的成果，研发“自动转移飞行器”（ATV），在航天飞机退役后的空档期，参与ISS货运船队。ATV 计划飞行7 次，为ISS 提供货运服务。ATV-1（2008年3月）、ATV-2（2011年2月）、ATV-3（2012年3月）已成功完成飞行任务。目前，ESA 也在研发“先进再入飞行器”货运系统及载人再入飞行器。欧洲ATV 系列具有下列技术特点：

（1）以相对GPS与激光敏感器“交会对接敏感器”（Rendezvous and Docking Sensor，RVS）为主的多种相对导航手段。对远距交会，ATV 首次应用相对GPS技术实现自主导航与飞行控制监测。对近距交会与最终逼近，ATV 首次完全基于光学RVS执行任务。RVS 是欧洲自主研发的，有视频仪（Videometer）与远距测向仪（Telegoniometer）两类系统；ATV 应用前者实现自主导航，应用后者进行飞行控制监测。此外，俄罗斯的“航向”系统与“国际空间站”上的摄像机，为这两个系统提供支持。

（2）多重故障自检与避险功能。ATV 自身具有3重故障检测功能，即“使命与飞行器管理”，“飞行控制监测”，以及“邻近飞行安全性”，此外，船上还可自主触发“避撞机动”。“ATV 控制中心”与ISS乘员参与相对轨迹监测，在紧急情况下也可直接触发“避撞机动”。

（3）自动控制为主的控制模式。交会对接运作以ATV 的自动控制为主，ISS乘员可实时监测飞行状态，并在必要时介入飞行控制。

（4）自主研发弱冲击连接机构。目前，ATV 对接ISS俄罗斯舱段应用俄罗斯杆锥对接机构；但欧洲航天局（ESA）一直坚持自主研发弱冲击“国际停靠对接机构”（IBDM），不久可投入使用。

2．4 日本［1，5，8，30-31］

1997年11月，日本发射工程试验卫星-7（ETSVII），进行在轨分离与交会对接及自动臂技术试验。从2008年3月至2009年7月，“日本实验舱”在轨组装，成为ISS 的组成部分。此后，日本成功发射“转移飞行器”HTV-1（2009年9月）、HTV-2（2011年1月）、HTV-3（2012年7月），停靠ISS，为ISS提供货运服务。日本HTV 系列具有下列技术特点：

（1）R-bar逼近方式。按ISS 停靠口的方位，HTV 沿R-bar（轨道径向方向）逼近目标器ISS。相比V-bar逼近，R-bar逼近的技术难度较大。

（2）应用自动臂的停靠技术。HTV 停靠ISS应用自动臂与美国的“通用停靠机构”（CBM）。除用于HTV 停靠外，自动臂还可大规模转运不加压货物（HTV 不加压货舱中有外露货盘）。

（3）应用GPS导航技术。HTV 地球敏感器组件提供姿态滚转角和俯仰角，由GPS接收机及陀螺仪与加速度计组成“空间集成GPS 与惯性导航系统”（SIGI），提供3轴姿态率，3轴加速度信息，以及可独立应用的GPS导航解，伪距与伪距速率。

（4）最终逼近段应用欧洲的RVS。在最终逼近段，HTV 应用RVS，提供相对ISS激光雷达反射器的激光测距和视线角测量信息。

（5）以自动控制为主的控制模式。HTV 的ISS使命以HTV 飞船上的自动控制为主，ISS乘员实时监测飞行状态，并在必要时介入飞行控制。

2．5 中国

2011年11月，无乘员的神舟8号飞船与天宫1号空间实验室成功实现自动交会对接。2012年6月，载人神舟9号与天宫1号交会对接，航天员进入天宫1号工作。通过神舟8号与神舟9号两次飞行试验，中国已掌握交会对接自动控制与手动控制技术。2020年前后，中国将建成长期运作的空间站。神舟号载人飞船的设计与飞行经验也将有助于研发货运飞船，为组建大型空间站准备条件。中国神舟号飞船系列具有下列技术特点：

（1）对接机构：①神舟号飞船与天宫1号的对接机构是中国自主研发的产品；②对接机构借鉴了APAS-89设计理念，因此，国外称它为“Chinese APAS”或“Shenzhou APAS-2010”；③目前应用的周边对接系统还不是完全的“雌雄同体”（androgynous），还没有实现对接系统的系统级冗余。

（2）交会测量设备：①神舟号飞船与天宫1号的交会对接，应用多种交会测量设备，包括微波雷达、激光雷达、CCD 光学成像敏感器、电视摄像机；②所有交会测量设备都是中国自主研发的；③最终逼近段的相对状态控制主要依靠CCD 光学成像敏感器与电视摄像机。

（3）通信系统：中国自主研发的空空通信系统（天链-1中继卫星），连同地面与海上通信测量设施及飞船上的测量通信设备，圆满完成交会对接的通信测量任务。

（4）控制技术：①中国已掌握交会对接全自动控制技术与飞船航天员手动控制技术；②神舟9号航天员具有高超的、世界一流的手动操作水平与优秀的心理素质；③在以后的例行飞行中，神舟号飞船将采用自控为主、手控为辅的方式，以减轻航天员的负荷。在自动控制出现故障的情况下，或遭遇突发事件时（如面临轨道碎片碰撞危险），航天员将手动介入，确保飞行安全。

3 技术水平比较

总体上，美国与俄罗斯的交会对接技术处于世界领先水平，而中国、欧洲、日本的技术水平基本相当。本节从交会对接技术的发展历程与技术特点，对美国与苏／俄、欧洲与日本、中国的交会对接技术进行比较，分析中国的成就与差距。

3．1 美国与苏／俄的比较［1，6-27］

3．1．1 相似点

（1）交会对接使命目标。美苏研发交会对接最初都是为载人登月服务的，后来用于空间站使命。因此，美国与苏／俄都是先研发载人飞行器及其交会对接技术。美苏首先突破载人飞行器的地球大气再入与软着陆技术，继而研发载人交会对接技术。

（2）美俄正在全面提升载人航天技术水平。美国后航天飞机时代的交会对接技术全面革新，特别是支持民营企业承担商业运输系统（“龙”与“天鹅座”）的总体设计与研制，加速载人航天事业发展。俄罗斯也在全面推进航天事业发展（包括新型发射飞行器、新一代空间运输系统、新发射基地等），力争保持航天强国地位。

3．1．2 不同点

（1）天地往返运输系统。在1981年至2011年的30年期间，美国应用航天飞机作为空间站乘员与货物的运输工具，而苏／俄分别应用联盟号载人飞船与进步号货运飞船。在后航天飞机时代，具有载人与运货任务转换功能的运输系统，可能成为美俄的共同选择。

（2）交会对接控制方式。美国航天飞机主要依靠手动控制，而俄罗斯载人飞船以自动控制为主。这种情况的出现是有其历史渊源的：①美国以航天员手控交会为主的载人交会对接飞行进展比较顺利，而且，后来研制的航天飞机承担了载人与运货双重任务，无需再研制应用自动控制的货运飞船；②相比美国，俄罗斯的载人交会对接飞行在起步阶段遭遇船毁人亡的灾难，转而不得不进行依靠自动控制的无人交会对接飞行试验，加之后来研制进步号货运飞船的需要，因此而发展了自动控制技术。

（3）交会测量设备。俄罗斯主要依靠主动式微波雷达系统（“航向”系统）；美国在最终逼近段（从500m 至对接）主要依靠激光敏感器，包括轨迹控制敏感器（TCS）与手持激光雷达（HHL）。

（4）再入热防护材料。历史情况是：①为满足轨道器可重复使用的要求，美国航天飞机应用陶瓷瓦的热辐射防护方式；②苏／俄飞船仅须保证航天员安全返回，返回舱不要求重复使用，因此，热防护应用烧蚀材料。现在的技术状况是：①烧蚀材料性能有所提升，可用于重复使用的返回飞行器；②通过航天飞机飞行，防热瓦的热辐射防护技术也有了改进。因此，出现了这样有趣的事情：①美国“龙”飞船的热罩采用“酚醛树脂浸渍碳烧蚀材料”（PICA）；②俄罗斯未来的“新一代有人操作的运输飞行器”有可能采用防热瓦代替烧蚀材料。

3．2 欧洲与日本的比较［1，4-5，8-9，28-31］

3．2．1 相似点

（1）首先针对货运飞船研发自动交会对接技术。欧洲与日本在ISS合作项目中，抓住美国航天飞机退役后的空档期，优先研发货运飞船与ISS的交会对接技术，并应用俄、美的连接系统，及时地将飞行试验与货运任务结合在一起，在技术研发与经济效益上都取得圆满成功。欧洲ATV 与日本HTV 货运飞船当然以飞船上的自动控制为主，ISS 乘员实时监测飞船的飞行状态，可在必要时介入飞行控制。

（2）交会对接敏感器。ATV、HTV 与ISS的交会对接／停靠都应用美国的GPS导航技术及欧洲研发的RVS。RVS的特点是：①RVS是结合“电测扫描系统”（Galvanometric Scanning System）的“激光测距仪”（Laser Range Finder）；②从几千米至对接，对相对距离与逼近方向的高精度测量；③对目标可自动捕获，识别与跟踪；④具有3D 成像能力。

（3）在ATV 与HTV 的基础上，欧洲与日本将实施载人飞行计划。

3．2．2 不同点

（1）最终逼近方向。由于对接／停靠口的方位不同，ATV 沿轨道速度方向（V-bar）逼近ISS，与ISS对接；而HTV 沿轨道径向（R-bar）逼近ISS，应用自动臂停靠在空间站。相对V-bar逼近，R-bar逼近难度较大。

（2）连接（对接／停靠）系统。与俄罗斯舱段对接的ATV，应用俄罗斯的杆锥对接系统；而HTV 应用美国的“通用停靠机构”，停靠在日本舱段。相比对接运作，停靠运作难度较大，需借助空间自动臂。与此相关的是，日本优先发展了自动臂技术与停靠技术；而欧洲跨越式发展航天器连接技术，对弱冲击连接机构的研发取得显著成绩。

3．3 中国的成就与差距

在研发交会对接技术的起步方面，中国与美苏有相似之处，即在突破载人飞船返回技术后研发交会对接技术；不同之处是，中国一开始就将交会对接飞行与实验性空间站的运作结合在一起，连贯地通向下一步组建大型空间站的规划。

3．3．1 成就

从神舟1号首次无乘员载人飞船飞行试验，到神舟9号全员载人飞船与天宫1号交会对接，通过9次飞行，中国掌握了下列关键技术：①载人飞船的大气再入与软着陆技术；②舱内环境控制与航天员生命保障技术；③航天员出舱活动技术；④完全自控交会对接技术；⑤航天员手控交会对接技术；⑥实验性小型空间站的运作技术。由此可见，中国的载人航天采取稳妥、安全、积极的发展策略。中国交会对接活动具有两大特点：①安全，有序，高效；②借鉴国外经验，自主研发关键技术。

（1）安全性。中国首先研发自动控制技术，进行无乘员的载人飞船（神舟8 号）交会对接飞行试验；在掌握自控技术的基础上，进行有乘员的载人飞船（神舟9号）飞行，再次验证自动控制技术，并进行手控交会对接试验。首先，掌握自动控制方法，增强了载人交会对接飞行试验的可靠性与安全性，而且，自动控制技术也是以后研发货运飞船所必需的。中国未来的载人交会对接飞行，可以灵活应用自动或手控模式，无疑进一步提高了飞行控制的可靠性与安全性。中国始终将飞行安全性置于系统设计与飞行试验的首位，只有在无乘员的模拟载人飞行不存在任何安全隐患的情况下，才实施载人飞行。在这一初期阶段，中国比苏联做得安全、可靠。

（2）控制技术。中国依靠自主研发的交会敏感器与GNC 系统，以及地面模拟实验系统，成功完成了交会对接控制任务。特别要指出的是：①神舟8号与天宫1 号均无乘员，是完全的自动交会对接；②神舟9号乘员组3 名航天员以高超而娴熟的技术，成功完成手控交会对接任务，相对姿态的控制精度高达1度。相比之下，在ISS使命中，美国航天飞机有4名航天员参与手控交会对接运作，且有多种敏感器提供相对状态信息，眩窗视野也比神舟飞船宽广。此外，ISS上的航天员可起到监视与应急介入的作用。由此可见，中国航天员具有世界一流的手动控制水平。

（3）对接机构。中国自主研发的的导向瓣内翻式周边对接机构，不仅圆满完成神舟8号、神舟9号与天宫1号的对接任务，而且有利于今后研发性能更好的连接机构，因为未来的连接系统的主流是标准化对接面的“雌雄同体”周边连接机构。相比之下，目前欧洲ATV／ISS 对接应用俄罗斯杆锥对接机构，日本HTV／ISS对接应用美国的通用停靠机构（CBM），都不是自主研发的。

3．3．2 差距

（1）时间的迟后。与美国、苏／俄相比，中国载人航天及其交会对接技术的发展起步较晚。在发展历程及交会航天器上，中国与苏／俄有较多的相似之处：①中国神舟号飞船与苏／俄联盟TM 飞船相似（其中对接机构不同）；②中国天宫1号与苏联礼炮7号（苏联第二代空间站）技术水平相近；③中国计划中的多舱空间站的规模与苏／俄和平号空间站相近。因此，从以下时间节点，可以大致考察中俄两国交会对接技术发展的时间差距：①天宫1 号（2011年）比礼炮7号（1982年）晚29年；②神舟9号对接天宫1号（2012年）比联盟TM 飞船对接和平号空间站（1987年）晚25年；③中国未来的多舱空间站（2020年前后发射组装）比苏联和平号（1986年开始发射组装）约晚30多年。由此可见，中国交会对接活动比苏／俄大约迟后25年至30年。但这并不意味中国交会对接技术落后这么多年，如前所述，在某些关键技术上，中国已接近甚至达到当前世界先进水平。

（2）技术的差距。相比美国与俄罗斯，当前中国交会对接技术的差距，可能主要体现在以下几方面：①空间自动臂技术以及与此相关的停靠技术；②相对导航敏感器（特别是新型激光敏感器）的性能；③周边对接机构的性能；④在轨组装大型空间站的相关技术；⑤面向未来空间活动的新技术与新材料的研发力度。

4 结束语

本文对美国、苏／俄、欧洲、日本、中国五方的交会对接技术特点、水平进行了比较，并对未来交会对接技术的发展进行了展望，总结如下。

1）交会对接活动与技术特点

这里分别列出美、苏／俄、欧、日、中最具代表性的交会对接活动与技术特点。

（1）美国：①“阿波罗”载人登月；②航天飞机／ISS；③高性能激光敏感器；④周边对接机构（APAS）与停靠机构（CBM）以及研发中的“国际统一标准连接机构”（NDS）。

（2）苏／俄：①联盟号／进步号飞船及和平号空间站；②“航向”（Kurs）雷达系统；③杆锥对接机构与混合对接机构；④快速交会对接（轨道4圈，约6h）能力。

（3）欧 洲（ESA）：①ATV／ISS 货 运 使 命；②ATV多重安全性设计；③两类激光RVS（视频仪与远距测向仪）独立、并行使用；④ATV（俄罗斯）杆锥对接系统以及研发中的“国际停靠对接机构”（IBDM）。

（4）日本：①HTV／ISS货运使命；②R-bar（沿轨道径向）逼近；③停靠技术（应用自动臂与通用停靠机构）。

（5）中国：①神舟8号／神舟9 号飞船及天宫1号空间实验室；②自控与手控交会对接技术；③多种交会测量设备；④导向瓣内翻式周边对接机构。

2）交会敏感器与连接机构

交会敏感器与对接／停靠机构是交会对接的两项关键硬件。交会敏感器是GNC 系统与安全性设计的基石，连接机构也直接关系到飞行任务的成败与乘员的安全。

（1）交会敏感器。微波交会雷达与激光敏感器（激光雷达）是目前常用的两种导航与制导交会测量设备。从性能、质量、机动性等多方面考虑，以高性能激光敏感器为主的多重敏感器的联合应用，可能是今后近距离交会测量技术的发展方向。

（2）连接机构。杆锥（中心）对接机构结构简单，牢固可靠，至今仍在联盟号／进步号飞船及欧洲“自动转移飞行器”（ATV）与ISS对接中应用。这种对接机构尤其适合空间站或其他大型飞行器的固定舱段的在轨组装，但难以满足未来空间飞行器之间的灵活机动的对接需求。周边对接机构不仅为未来任意两个飞行器之间的连接提供了便利，而且可实现弱冲击（甚至无冲击）的连接。尽管周边系统是当前研发重点，但中心杆锥系统仍不失其应用价值。

3）中国与世界交会对接技术水平比较

总体上，中国与欧洲及日本的交会对接技术水平相当；但相比美俄，仍有比较大的差距。当前以及未来几十年内，美国与俄罗斯的航天技术仍将处于领先地位。欧洲与日本正在努力建立独立的载人航天体系，且在交会对接的某些关键技术方面达到世界水平。虽然，欧洲与日本还没有独立地进行载人空间飞行，但欧、日在载人航天领域的研发力度与潜在实力不容低估。

中国自主、稳健、高效地推进载人航天计划，取得世人瞩目的成就。虽然总体上，中国交会对接技术水平还不及美国与俄罗斯，但在某些方面已接近或达到世界一流水平。中国载人航天及其交会对接技术的发展，主要取决于国民经济的进一步增长，以及新技术（如弱冲击连接机构，高精度激光敏感器，新型热防护材料等）的自主研发与创新。参与国际合作项目将是促进载人航天技术发展的积极因素，世界载人航天也会因中国的参与而更加精彩。

4）展望未来

21世纪是人类飞出地球轨道建立永久性月球基地的时代，也是人类飞出地月空间建立永久性行星基地的时代。现在，地球轨道上的交会对接技术已日趋成熟。展望未来，除了继续提高地球轨道交会对接技术水平外，交会对接技术主要面向载人登月与载人登火星等行星际载人飞行使命。载人行星际飞行对航天技术提出全面而严峻的挑战，包括：①高能（如核动力）推进系统；②大型空间运输系统；③自主导航系统；④远距测控系统；⑤星际航天医学技术等。目前的适应地球引力场的航天技术水平，还不能将航天员送入地球引力场之外的行星际空间，一场航天技术革新的大潮已经席卷而来。

为满足未来空间使命需求，新型空间运输系统具有下列特点：①一种飞行器可执行多重使命（如地球轨道空间站使命，载人登月使命，载人登行星使命）；②运输飞行器兼有载人与运货双重功能；③再入舱为主动式气动控制的升力体，适应超高速再入，并可重复使用。

未来交会对接技术的发展趋势是：①全“自动／自主”（automated／autonomous）的交会对接运作；②乘员可应急介入交会对接运作；③相对导航主要应用高性能的激光敏感器（如“视频制导敏感器”等）；④采用国际统一的（标准化）弱冲击对接／停靠机构；⑤通过硬件与软件两方面的改进与更新，实现系统功能的多重冗余，确保飞行安全。除了上述事项外，非合作目标的交会对接技术应受到更大的关注，因为这项技术直接关系到太空救援问题，尤其是在即将到来的行星际航行时代。此外，面对行星际航行的新概念、新方法、新材料正在进一步加快探索与研究试验之中。

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