四十年空间交会对接技术的发展

Ｖ０１．』６Ｎｏ４航天器工程第１６卷第４期

７０ＳＰＡＣＥ（：ＲＡＦＴＥＮ（；ＩＮＥＥＲｌＮＧ２００７年７月

四十年空间交会对接技术的发展

林来兴

（北京控制工程研究所，北京１０００８０）

摘要空间交会对接问世至今，已经有４０年历史，在轨成功实现交会对接约３００多次。文

章首先从技术发展角度分析研究４０年来交会对接过去和现在的技术水平、空间活动典型事例；其

次讨论在轨服务技术和分析常用７种交会对接敏感器的总体性能，并作相互比较；最后讨论未来交

会对接技术发展趋势。

关键词交会对接自主在轨服务ＲＶＤ敏感器非合作目标交会

中图分类号：Ｖ５２６文献标识码：Ａ文章编号：１６７３８７４８（２００７）０４—００７００８

ＤｅｖｅＩ叩Ｉ咖ｔｏｆＳｐａｃｅＲ蛐Ｉｌｅｚｖ伽ｓ明ｄＤ蛐ｇ．Ｉｂｃｌｍ０Ｉｏ留ｉｌｌＰａｓｔ４０ＹｅａｒＳ

ＬＩＮＬａｉｘｉｎｇ

（Ｂｅ．ｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ“Ｃｏｎｔｒ０１Ｅｎ舒ｎｃｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ】０００８０・Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｍｃｔ：ＡｓｕｒｖｅｙｏｆＲＶＤｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＩｎｔｈｅｐａｓｔ４０ｙｅａｒｓａｎｄｏｎｏｒｂｉｔｓｅｒｖｌｃｍｇａｒｃ

ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．１、ｈｌｓｐａｐｅｒｗｉｌｌｆｉｒｓｔｌｙｐｒｏｖｉｄｅａＬｃｃｈｎｉｃａｌａｎｄｈｌｓｔｏｒｉｃａｌｐｅｒｓｐｅｃｔｌｖｅｏｎＲＶＤｆｒｏｍｔｈｅ

ｃａｒｌｙｄａｙ毫ＳｏｙｏｕｚａｎｄＡｐｏｌｌｏｔｈｒ。ｕｇｈｔｏｄａ，，ｓｅｘｅｉｔｉｎｇｐｆｏｇｒａｍｓａｎｄｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｏｍ。ｒｒｏ盯ｓｅｘ—

ｐｌｏｒａｔｉｏｎｍｌｓｓｉｏｎ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｏｎ—ｏｒｂｌｔｓｅｒｖｌｃｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌ。ｇｙｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｍａｌｌｙ，ＲＶＤｓｅｎｓｏｒｓ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｃｎｄｅｚｖｏｕｓａｎｄｄｏｃｋｉｎｇ；ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ；ｏｎ—ｏｒｂｉｔｓｃｒｖｉｃｉｎｇ；ＲＶＩ）ｓｅｎｓｏ’；ｎ。ｎｃｏｏｐｅｒａ

ｔｉｖｅｔａｒｇｅｔｓｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ

接水平和自动化与自土性的程度。最后讨论未来牵

１引言问交会对接技术发展趋势。

自１９６６年３月１６日美国双子星座－８飞船与阿２交会对接技术的过去和现在’２

金纳譬火箭实现世界上首次在宇航员参与下的空间

手控交会和对接，至今已有４０年历史，全世界在轨４０年来交会对接已经从探索、研究、试验阶段，成功实现交会对接大约已有３００多次，主要是美国、逐步走向成熟和应用阶段，现在的交会对接已经变苏联／俄罗斯、日本及欧洲航天局等。从卒间交会对成～件日常例行的空间操作。技术水平也从依靠地接的技术成熟程度和在轨交会对接次数来看，俄罗面站和宁航员联合手控操作，走向自动控制而且不斯应居首位，从当前交会对接技术水平来看，美国应断在提升星上自生性。

居首位“］。本文首先准备从技术发展角度，来分析图ｌ表示全世界在这４０年期间典型交会刘接研究４０年来空间交会对接技术的过去、现在和将来事例活动进程发。从表中我们将上世纪６０年代中发展；其次讨论在轨服务技术和交会对接的一・个至期至上世纪８０年代末期，共２５年历史，称为交会对关重要问题：敏感器技术，这项技术决定空间交会对接的过去。从上世纪９０年代到现在，大约１５年历

收稿日期：２∞７０４—２５：修回日期：２００７０５—２５作者简介：林业兴（１９３２一），男，研究员．高校兼职教授，主要从事航天嚣控制、小卫星反编队飞行研究

第４期林来兴：四ｆ‘年空间交会对接技术的发展

史称为现在的交会对接。

阿１空间交会对接典型事例

Ｈｇ．１ＳｐａｃｅＲＶＤｐｒｏｇｒａｍ“ｍｅｌｉｎｅ

２．１过去的交会对接（３）和平号空间站：苏联１９８６年成功发射和平

在这阶段交会对接主要任务是探索研究和进行号空间站，空间站具有６个对接口，而且可以实现横各种类型技术试验，包括在空问演示，而且根据交会向和轴向对接的转换，这是空间交会对接重大技术对接具体Ｅ行任务，进行相关硬件和地而仿真设备突破。图２表示和平号空间站实现与多个航天器逐研制。然后经过地面仿真试验和飞行演示，最终完年发展对接的过程。前端是联盟号飞船．左右和上成交会对接空问《行仟务。这阶段典型交会对接事下方是四个仪器舱，后端是进步号货船，总共可以与例如下：６个航天器同时对接。

（１）联盟号飞船：１９６９年苏联联盟４和５飞船过去交会对接技术的成就，概括起米有两点：实现交会对接。由于当时对搂机构为老式“杆一锥”（１）联盟号飞船与和平号空间站所完成的种多样交式，对接机构当巾没有通道，宇航员必须从舱外进入会对接任务，町以表明交会对接已经由试验阶段变另一艘飞船，但是不久就改进对接机构，宇航员ＨＪ以成为・个口常例行的空间操作技术。（２）“阿波岁”从舱内通过。联盟号飞船交会对接测量敏感器今部登月Ｅ船往返一趟，需要在空问进行两次交会对接．采用多部微波雷达以及目标器中的应答机。测量系第一次由于指挥舱与服务舱需要调头１８０。，先分统复杂、质量重、功耗大。联盟号飞船可以称为世界离，后对接；第二次是登月舱返回月球轨道，先与留上实现交会对接次数最多的飞船，它先后与苏联礼在月球轨道上的飞船交会，然后对接。这说明过去炮号、和平号空间站实现交会对接，粗略估计在１００交会对接水平在远离地球的月球轨道，已经成功实多次以上。这种联盟号飞船的交会对接至今还在应现了多次。

用，它是俄罗斯最经典、最町靠的交会对接技术。２．２现在的交会对接

（２）“阿波罗”载人登月飞船：从１９６９年７月美在这阶段由于交会对接技术上成熟，开始应川国成功发射阿波罗１ｌ１５＿船到１９７２年为止，成功实在大型航天器组装，例如航天Ｅ机和空问站交会对现多次交会对接。“阿波罗”飞船交会阶段是依靠微接已成为一项莺要空间操作技术。除此之外，又在波雷达，接近和对接阶段依靠宇航员目视目标，由手两个方面交会对接技术得到突破：（１）无人航天器在

控操作来完成。轨自主交会和对接飞行演示获得成功；（２）开始把交

航天器工辑

图２和平号空间站与多个航天器对接

Ｆ谆２Ｏ讳１ｔａ【ｃ（）ｎｓｔｒｕｃｔｌｏｎｏｆｔｈｅＭｌｒｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ

会对接推广应用到在轨服务技术，例如对空间故障

检修，燃料加注，部件更换以及军事上空间攻防等。

这阶段典型交会对接事例如下：

（１）航天飞机与和平号空间站实现交会对接，这

是作为“国际空间站”与航天飞机交会对接的准备工

作。

美国上世纪８０年代成功发射航天飞机经过多

次在轨飞行演示，到了上世纪９０年代，航天飞机已

经具备空间交会、捕获和对接的能力。例如航天飞

机用机械臂捕获哈勃空间望远镜回舱内进行修理，

然后再释放返回空间。图３表示航天飞机轨道器交

会飞行轨迹。

１９９５年航天飞机与和平号空间站开始实现交

会对接，经过多次飞行试验，航天飞机掌握了与大型

空间站交会对接技术和宝贵操作经验。图３航天飞机轨道机动交会飞行轨迹Ｆ１９３ＳｈｕｔｔｌｅｓｔａｂｌｅｏｎｌｔｒｅｎｄｅｚｖｏＬｌｓｔｒ由ｅｃｔ（）ｒｙ航天飞机交会对接敏感器由Ｋｕ频段交会雷达、手持激光雷达（１，ＴＤＡＲ）、轨迹控制敏感器（Ｔｃｓ）、闭路电视和宁航员光学瞄准器（ｃＯＡｓ）等

组成。接近和对接阶段的平动由宇航员手控操作完

第４劓林来兴：职十年空间交会对接技术的发展７３成，姿态分别由航天飞机和空间站的姿态稳定系统自动转移飞行器（ＡＴＶ），日本Ｈ火箭转移飞行器以自动方式来实现。（ＨＴＶ）和俄罗斯进步号飞船（Ｐｒｏｇｒｃｓｓ）经常要向

（２）“国际空间站”实现各种形式的交会对接空间站运送物资，从而使“国际空间站”能够长久丁当前“国际空间站”是经过多次发射干¨交会捕作。图４表示航天飞机与“国际空间站”近距离交会获，最后在轨组装逐步来完成。航天飞机还要经常与对接的飞行轨迹。

运送来往宇航员和各种货物。除此以外，还有欧洲

巳ｌｐ…。戌≤ｒ黑‘。｝血

一．１．

ｒ等琴

图４航天飞机与空间站的近场交会飞行轨迹

Ｆ追．４Ｓｐａｃｅｓｈｕｔｔｌｅ／ｓｐａｃｅｓｔａｔｊｏｎｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓｎｅ“ｆｉｅｌｄｓｅｎｓｏｒ

（３）工程试验卫星一７（ＥＴ孓Ⅶ）自主交会对接。破，在经济上和军事上有很高价值。

日本在１９９７年成功发射无人自主交会对接试进入２１世纪后，在轨服务技术进行了各种１￡行验卫星。这是世界上首次全面实现自主交会对接。演示。从２００５年至今短短两年时间，仅美国已经成卫星由跟踪星（重２．５ｔ）和目标星（重ｏ．５ｔ）组成。功进行３项在轨服务和自主飞行演示：ｘｓＳ＿】１微小通过运载火箭两星一次入轨，然后分离，成功进行ｒ卫星，“自主交会技术验证”卫星（ＤＡＲＴ）和“轨道快多次不同距离分离，然后交会与对接。这表示交会车”（ＯｒｂｉｔａｌＥｘｐｒｅｓｓ）。这些飞行演示除了研究在埘接已步人全面自主技术水平。轨服务技术以外，还有更重要的军事应用，例如空问

攻防等。

３在轨服务技术（１）ｘＳｓ＿１ｌ微小卫星

ＸＳＳ系列是美国空军试验卫星。ＸＳＳ＿１ｌ在

为了延长在轨航天器工作寿命和扩展在轨航天２００５年４月发射成功。卫星重１４５ｋｇ。飞行演示轨器的功能和技术性能，最近几年来世界上大力开展道机动和位置保持能力，同时也试验对牵间目标监在轨服务技术研究。通过空间交会、捕获、组装与对视。图５表示ｘｓｓ一儿微小卫星外形结构。

接等技术，实现对在轨航天器的补给、装配和维护来ｘｓＳ－１１微小卫星自主交会对接测量系统由主达到上述的目的。动和被动两种敏感器组成。主动是指激光成像雷

在轨补给是指对在轨航天器消耗品进行补给达，可用于几Ｔ米内对非合作目标的测距。被动是（如燃料）；在轨装配是指将分批独立发射人轨的舱指光学敏感器，由视频相机和星敏感器组成，两者可段和部件通过交会和捕获，对接与组装，从而变成大以互换，达到功能冗余。

型航天器。在轨维护则是对在轨航天器进行检查、ｘｓｓ一１１在轨演示可以接近一个目标，保持相对维修和部件更换等。位置距离不变，而且对目标照相，也可以对目标绕

在轨服务可以说是交会对接技术向更高层次的飞。所有这些都是由星上自主操作软件来实现，它发展，并且在应用方面向新的领域扩展。在轨服务ｌ＝坷麻省理工学院（ＭＩＴ）的Ｄｒａｐｅｒ试验室研制提供。最早起源于载人航天器，由宇航员完成某些简单的（２）“自主交会技术验证”卫星

在轨服务项目。现代的在轨服务技术主要是无人、美国ＮＡＳＡ在２００５年４月成功发射“自主交自主，以及使用空间机器人，在技术水平有很大的突会技术验证卫星”（ＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｊｏｎｏｆＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓ

航天器Ｔ程

出７ＤＡＲＴ卫星接近和绕Ｅ的Ｅ仃轨迹

图ｊｘｓ孓１１微小卫星Ｆｌｇ．７ｎＡＲＴｐｍｘ】ｍ１‘ｙｏｐｅｒａ【ｌ。ｎｓ１‘叫ｅｃｌｏｒｙ

Ｆ１９５ｘｓｓ＿１１……ａｔｅＩｌｉｔｅ３）垂直逼近：从水半转移到垂直，然后米同两次

Ｒ恤ｄｅｚＶ。ｕｓＴｅｃｌｌＩＨ）ｌ。ｇｙ，ＤＡＲＴ）。飞行演示目的逼近。

是验证自主交会和轨道机动接近能力以及所使用交４）绕飞：从垂直正而（３∞ｎ－处）绕飞到负水平会对接敏感器和推进器的性能和操作软件。ＤＡＲＴ方㈣，绕飞２７０６。

卫星重３６３ｋｇ。与它相匹配的目标器是南退役的（３）“轨道快车”

Ｍｕｂｋｏｍ军事通信卫星来承担。图６嵌不ＤＡＲＴ美同刚防高级研究计划埘（ＤＡＲＰＡ）于２００７年追踪星和目标星外彤结构罔。３月成功发射“轨道快＾－”（ｏｒｂ№ｌＦｘｌ，ｒｃｓｓ）飞行演

不卫星，它由重７００ｋｇ追踪器（ＡｓＴＲ０）和重２２４ｋｇ

目标星（ＮＥＸｒｌｓＡ－Ｊ、）组成。同８表示追踪器和ＬＪ标

星外形结构。

幽６…、Ｒｌ１１旱

Ｆ１９．６ｎＡＲＴｓｐａｃｅｃｒａｈ阿８“轨道快东”的追踪星和目标星

ＤＡＲＴ飞行演不远距离敏感器为ＧＰｓ；近距离Ｆｌｇ．８ｏｒｂｌ￡ａｌＥｘｐｒｅ圳ｐ“ｃｃｃｒａｆｌ

为先进视频制导敏感器（ＡｖＧｓ）。图７表示ＤＡＲＴ“轨道快４‘”飞行演不主要的目的和内容：接近和绕飞的飞行轨迹。１）全自主实现交会从几卜二｝米到几Ｉ沫；

从图中看到Ｔ）ＡＲ‘ｒ接近羽『绕色阶段有四种飞２）试验星上自主导航和制导系统技术性能；

行演示：３）试验机器人机械臂对接系统：

１）逼近：从低于目标轨道７．５ｋｍ并落后目标星４）试验多次重复捕获日标星或用机械臀捕获；４０ｋｍ处，逼近到３ｋｍ保持点，然后转移到１ｋｍ。５）自主位置保持，误差小十１ｍ；

２）水平逼近．从１ｋｍ保持点，转移到３００ｎｔ、６）运载和传递燃料及更换部件；

１５ｔ１１和５ｍ。然后在５Ｉｎ和１５ｍ之Ｉ可来同运动。最７）试验非合作日标交会敏感器测量系统。后退到３５０ｍ保持点．并在此识别和榆查ＡＶＧｓ敏“轨道快车”在轨演示长距离平｜｜短距离交会对接

感器Ｉ：作性能。敏感器性能。上述ＡＶ（焉敏感器又用在近趴离测

第４期林来兴：四Ｊ年空『日Ｊ变会对接技术的发展

量相对位置和姿态。星七自主操作软件也是采用“轨道快车”自丰敏感器测量系统结构图。

Ｄｒｅｐｅｒ试验窜为“国际卒间站”开发的。图９表示

罔９“轨道快车”测量系统结构罔

Ｆ１９．９ＯｒｂｉｔａｌＥｘｐｒｅｓｓｓｅｎｓｏｒｓｕｌｔｅ

器的总体技术性能及其相互比较，以便没计者与使

４空间交会对接敏感器及其技术进展用者能有一个全面的了解。

袭１列出七种近期交会埘接的远、近场敏感器

敏感器将决定交会对接自主性程度和技术水技术性能和对日标器的要求（包括合作或者非合作平，同时也是确保交会对接成功的关键技术。由于目标）。下面对表］中ｔ种敏感器作一简要说明。交会对接相对距离很长，而且各距离段技术要求不（１）三维激光成像敏感器（ＬＡＤＡＲ）

同，故把交会对接分为长距离、远场和近场三阶段。这足当前最先进技术的敏感器，特别是可用在

（１）艮距离：般指几百千米到几十千米，月前非合作目标的相对距离和相对速度的测嚣，当有反绝大部分依靠地面站、ＧＰｓ和深空测拄网束实现测射器时，在视场内每点灵感度都会被加强，而且对目轨。丰要技术指标：相刘距离和相对速度。这尴技标外型结构进行成像。为此也可以用于对四周环境术指标主要保证能提供正确在轨捕获到远场敏感态势感知。这种敏感器刚出世不久，足所有敏感器器，从而进入远场敏感器ｒ作区。技术成熟程度最低的。表内所列最火相对距离仅是

（２）远场：一般指几十丁米到ｌ干米，在这里柏理论计算值，与当前实际差别还是很大。

对距离、相对方位是非常重要的技术指标。远场敏（２）特征图像识别敏感器（ＮＦＩＲ）

感器要求测出追踪器柑对目标器的距离和速度，而一般应用最多的是－种称为交会对接光学成像且以目标器、＿地坐标系为基准。敏感器，需要在目标器上装有特征罔案，例如最简单

（３）近场：－般相对日标器距离小于ｌ千米。在是多个特征光点（４～５个）。对非合作目标来说，要近场阶段相对距离、速度和出标态势测定已经成为采用自然固有图像识别，但精度较低，识别软件开发关键要求，而且需要较高的测量精度。和计算嚣都很大，目前成功应用还较少，而且刘轨道

交会对接敏感器类型，具体技术性能已经有许Ｅ光照条件有一定要求。

多文献…可以参考，作者不久前已发表类似文章“］，（３）轨迹控制敏感器（ＴＣＳ）

本文着重分析研究的是几种远、近场交会对接敏感轨迹控制敏感器用在航天Ｅ机接近和对接阶

７６航天器工程１６卷段，它足一台光点扫描激光检测和测距仪。用来测微波交会雷达已经多次应用在“双子星座”、“阿距，测相对速度，当日标器装有三个反向反射器时也波罗”Ｅ船、航天飞机等交会敏感器，采用由陀螺稳可测山相对姿态。定的抛物面天线，测量相对目标的距离、速度和方位

（４）先进视频制导敏感器（ＡＶＧｓ）角。微波发射依靠目标器表面蒙皮反射或者装有应激光器用不同波长依次照射到装有带通滤光片答机来应答。

的角反射器（在目标器），然后反射到电视摄像机成（７）ＫＵＲｓ微波雷达测量系统一

像，当两个不同波长图像相减，可以消去背景和干ＫｕＲＳ是苏联／俄罗斯上世纪７０年代研制成扰．根据图像匹配处理成相对距离和姿态信息。功测量系统，是可靠用作俄罗斯各种交会对接的敏

（５）星跟踪器：可用于测量惯性系统相对星光方感器，该系统由多部雷达和相匹配的应答机组成。位角，也可用在对太阳光角跟踪交会目标，适合应川技术成熟，可靠性高，只是体积、重量和功耗都很大，在非合作日标，但对光照条件有一定要求。测量精度属中等。

（６）微波交会雷达（Ｒａｄａｒ）

表ｌ空间交会对接敏感器性能汇总表

淡翟瓣黧黧ＴａｂＩｅｌＳｐａｃｅＲＶＤ辨ｎｓｏｒ／ｆｅａｔＩＨ髑／ｃＩｌ盯ａｃｔ盯ｉｓｔｉ岱

合作跟踪星跟微波

踪器雷达系统

（ＫＵＲｓＪ

二维（方位，仰是是是是是是角）

三维（方位，仰

角，距离）是非是非尾是

六维（方位，仰

角，距离，姿态＞是＜３００ｍ是＜３００ｍ是＜３００ｍ是＜３００ｍ非非

技术成熟程度ｄ０９

带通滤光片

翌曼是曼冀支作不零乏，詈用（反向反射器）会更好不要求。。要求…的陈列角不要求任意不要求

反射器

裟黼作小要求小要求币要求小要求不要求任意要求用于非合作目标是是非非是是非

目标要求光不小于２０。目标要求阳

阳光限制无照，不小丁无光不小于无无

３０。太阳角太阳角２０。太阳角

精度高中等商高高中等中等

最合作目标＞ｌ５０ｋｍ１．５ｋｍ１ｋｍ＞１００ｋｍ２００ｋｍ大

距

离非台作目标＞５（）ｋｎｌ３００ｍ不清楚＜ｌＯＯｍ

最小距离对接对接对接对接对接３０ｍ对接竺妻’：重氨功耗低’’‘低中等中等中等高高

着陆导航危

应用于其他急检测二维二维成像态惯性导航和

方向三维成像态势感知姿态嘲整

势感知

第４期林来兴：四十年空间交会对接技术的发展

５未来的交会对接

当我们了解到上述过去和现在交会对接技术发

展及其空间活动典型事例以后，人们不禁要问，未来

突会对接将是如何？根据技术本身发展趋势和未来

空间技术在军用与民用领域的需要，我们可以对未

来交会对接技术和应用前景作如下概述：

（１）变会对接会尽快发展成为一个自主、简便、

经常使用的例行空间操作技术

首先对无人航天器来说，提高自主性程度，一直

到实现全自主。对有关载人航天器，要从总体安全

叮靠角度权衡宇航员和冉主之间关系。然后进一步

让交会对接所使用设备简单化（包括轻型，低功耗），

运行安全可靠，软件智能化，让交会对接成为军用和

民用的空问任务随时随地都可以使用的一种成熟技

术。

（２）发展轻型简便自主空间交会与捕获敏感器

技术

迄今为止，空间交会对接飞行阶段划分和操作

（包括制导）都是按相对测量敏感器种类来划分。为

此若能发展既能自主，又能简便测量的敏感器，对空

间交会对接水平和可靠怿将有重大意义。所谓简便

测量敏感器，就是交会对接相对几百千米距离到几

十米（或几米）逼近距离，所采用测量敏感器种类少，

结构简单，重量轻，功耗少，而且满足导航和制导精

度的要求。

（３）发展多种形式对接机构

根据交会对接不同用途，应该发展多种不同形

式的刘接机构。

首先是为送人、送货的对接。这种对接机构必

须有封闭通道。目前要求这种对接机构结构轻便，

性能可靠，可多次重复使用。其次是非载人航天器，

对接目的是把不同飞行器联结在一起，组成一个大

型空间结构。这类对接机构要求结构牢靠、简单。

例如二义形对接机构或者撞锁与手柄结构。第三是

修理在轨故障航天器，这类对接机构日前正在研制，

并且要求模块化、标准化，以便广泛使用。

埘接方式要与对接机构特点相匹酉己，对接方式

有两种：一种称为在轨对接，另一种是先停靠后由机

械臂抓获（捕获），然后依靠机械臂帮助实现对接。

开展轻便、可靠空间机器人的研究，以便应用到

空间捕获和空间对接。随着技术发展，空问机器人

将在空间交会、捕获、组装等方面得到更广泛的应用。（４）积极发展非合作目标的交会与捕获技术研究所谓作合作目标是指一个航天器要与另一个事先不了解的航天器的交会和捕获（包括拦截），这与过去所说的交会对接（合作日标）有很大区别。非台作目标交会与捕获基本上要求自主。这埘民用和军用空间技术都具有很高价值。在民川方面主要是修复在轨故障卫星和抢救载人航天器；在军川方面主要是空间攻防。菲合作目标交会与捕获，首先关键的是要解决非合作目标的自主敏感器技术。这里对非合作目标的自主敏感器技术开发和研究提出四点要求：１）针对非合作目标，也就是说敏感器测量技术性能对目标器特性不敏感，与结构形状无关；２）测量敏感器是自主的，不依赖航天器外界，更不能依赖地面站；３）测量信息是实时的，也就是说能测出动态性能；４）敏感器功耗低，重量轻，体积小，特别是前两项。敏感器适合空间环境工作。（５）开展行星轨道（除地球以外）交会对接技术研究不久的将来会实现火星轨道交会刘接。行星轨道交会对接一般都是自主的，闲为往返通信传输需另者需要开发赢智能的操作软件，以便在行星轨道中及时处理出现的故障问题。除此以外还需要高速传递大容量通信、Ｉｐ务的深卒通信网。参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］林来兴空问交会对接技术［Ｍ］．北京：目防工业山版社，｛∞５［２］ｚｉｍｐｆｅｒＤ，ＫａｃｈｍａｒＰ，Ｔｕ。ｈｙＳ．Ａｕｔ。ｎｏｍ０１ｌｓＲｅｎｄｅ。一ｖ。ｕ８，ＣａｐｔｕｒｅａｎｄＩｎＳｐａｃｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：Ｐａｓｔ，ＰｒｅｓｅｎｔａｎｄＦｕｔｕｒｅＬＲ］．ＡＩＡＡ２００ｉ２５２３［３］张淑琴．空间交会对接测量技术及工程应用［Ｍ］．北京：宇航出版社，２００５天，２００ｊ．５［５］ＭａｃｈｕｌａＭＦ，ＳａｎｄｈｏｏＧＳ．ＲｅｎｄｅｚｖｏｕＳａｎｄＤｏｃｋｌｎｇｆｏｒｓｐａｃｅＥｘｐｌｏｒａｎ。ｎ［Ｒ］ＡＩＡＡ２００ｊ～２７１６（编辑：程培培）要很长时间。同时交会对接设备要轻量化、小型化。■］林来兴．自主空问交会与捕获敏感器技术ｆ门．载人航

四十年空间交会对接技术的发展

作者：

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英文刊名：

年，卷(期)：

被引用次数：林来兴， LIN Laixing北京控制工程研究所,北京,100080航天器工程SPACECRAFT ENGINEERING2007,16(4)2次

参考文献(5条)

1.Machula M F;Sandhoo G S Rendezvous and Docking for Space Exploration[AIAA2005-2716]

2.林来兴 自主空间交会与捕获敏感器技术 2005(05)

3.张淑琴 空间交会对接测量技术及工程应用 2005

4.Zimpfer D;Kachmar P;Tuohy S Autonomous Rendezvous,Capture and In-Space Assembly:Past,Present andFuture[AIAA 2005-2523]

5.林来兴 空间交会对接技术 1995

引证文献(2条)

1.苏晏.李克行.黎康 非合作目标追踪与相对状态保持控制技术研究[期刊论文]-空间控制技术与应用 2010(6)

2.高会军.杨学博.王常虹 一种有限推力航天器交会轨道的鲁棒设计方法[期刊论文]-空间控制技术与应用 2009(2)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_htqgc200704013.aspx

Ｖ０１．』６Ｎｏ４航天器工程第１６卷第４期

７０ＳＰＡＣＥ（：ＲＡＦＴＥＮ（；ＩＮＥＥＲｌＮＧ２００７年７月

四十年空间交会对接技术的发展

林来兴

（北京控制工程研究所，北京１０００８０）

摘要空间交会对接问世至今，已经有４０年历史，在轨成功实现交会对接约３００多次。文

章首先从技术发展角度分析研究４０年来交会对接过去和现在的技术水平、空间活动典型事例；其

次讨论在轨服务技术和分析常用７种交会对接敏感器的总体性能，并作相互比较；最后讨论未来交

会对接技术发展趋势。

关键词交会对接自主在轨服务ＲＶＤ敏感器非合作目标交会

中图分类号：Ｖ５２６文献标识码：Ａ文章编号：１６７３８７４８（２００７）０４—００７００８

ＤｅｖｅＩ叩Ｉ咖ｔｏｆＳｐａｃｅＲ蛐Ｉｌｅｚｖ伽ｓ明ｄＤ蛐ｇ．Ｉｂｃｌｍ０Ｉｏ留ｉｌｌＰａｓｔ４０ＹｅａｒＳ

ＬＩＮＬａｉｘｉｎｇ

（Ｂｅ．ｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ“Ｃｏｎｔｒ０１Ｅｎ舒ｎｃｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ】０００８０・Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｍｃｔ：ＡｓｕｒｖｅｙｏｆＲＶＤｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＩｎｔｈｅｐａｓｔ４０ｙｅａｒｓａｎｄｏｎｏｒｂｉｔｓｅｒｖｌｃｍｇａｒｃ

ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．１、ｈｌｓｐａｐｅｒｗｉｌｌｆｉｒｓｔｌｙｐｒｏｖｉｄｅａＬｃｃｈｎｉｃａｌａｎｄｈｌｓｔｏｒｉｃａｌｐｅｒｓｐｅｃｔｌｖｅｏｎＲＶＤｆｒｏｍｔｈｅ

ｃａｒｌｙｄａｙ毫ＳｏｙｏｕｚａｎｄＡｐｏｌｌｏｔｈｒ。ｕｇｈｔｏｄａ，，ｓｅｘｅｉｔｉｎｇｐｆｏｇｒａｍｓａｎｄｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｏｍ。ｒｒｏ盯ｓｅｘ—

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｃｎｄｅｚｖｏｕｓａｎｄｄｏｃｋｉｎｇ；ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ；ｏｎ—ｏｒｂｉｔｓｃｒｖｉｃｉｎｇ；ＲＶＩ）ｓｅｎｓｏ’；ｎ。ｎｃｏｏｐｅｒａ

ｔｉｖｅｔａｒｇｅｔｓｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ

接水平和自动化与自土性的程度。最后讨论未来牵

１引言问交会对接技术发展趋势。

自１９６６年３月１６日美国双子星座－８飞船与阿２交会对接技术的过去和现在’２

金纳譬火箭实现世界上首次在宇航员参与下的空间

手控交会和对接，至今已有４０年历史，全世界在轨４０年来交会对接已经从探索、研究、试验阶段，成功实现交会对接大约已有３００多次，主要是美国、逐步走向成熟和应用阶段，现在的交会对接已经变苏联／俄罗斯、日本及欧洲航天局等。从卒间交会对成～件日常例行的空间操作。技术水平也从依靠地接的技术成熟程度和在轨交会对接次数来看，俄罗面站和宁航员联合手控操作，走向自动控制而且不斯应居首位，从当前交会对接技术水平来看，美国应断在提升星上自生性。

居首位“］。本文首先准备从技术发展角度，来分析图ｌ表示全世界在这４０年期间典型交会刘接研究４０年来空间交会对接技术的过去、现在和将来事例活动进程发。从表中我们将上世纪６０年代中发展；其次讨论在轨服务技术和交会对接的一・个至期至上世纪８０年代末期，共２５年历史，称为交会对关重要问题：敏感器技术，这项技术决定空间交会对接的过去。从上世纪９０年代到现在，大约１５年历

收稿日期：２∞７０４—２５：修回日期：２００７０５—２５作者简介：林业兴（１９３２一），男，研究员．高校兼职教授，主要从事航天嚣控制、小卫星反编队飞行研究

第４期林来兴：四ｆ‘年空间交会对接技术的发展

史称为现在的交会对接。

阿１空间交会对接典型事例

Ｈｇ．１ＳｐａｃｅＲＶＤｐｒｏｇｒａｍ“ｍｅｌｉｎｅ

２．１过去的交会对接（３）和平号空间站：苏联１９８６年成功发射和平

在这阶段交会对接主要任务是探索研究和进行号空间站，空间站具有６个对接口，而且可以实现横各种类型技术试验，包括在空问演示，而且根据交会向和轴向对接的转换，这是空间交会对接重大技术对接具体Ｅ行任务，进行相关硬件和地而仿真设备突破。图２表示和平号空间站实现与多个航天器逐研制。然后经过地面仿真试验和飞行演示，最终完年发展对接的过程。前端是联盟号飞船．左右和上成交会对接空问《行仟务。这阶段典型交会对接事下方是四个仪器舱，后端是进步号货船，总共可以与例如下：６个航天器同时对接。

（１）联盟号飞船：１９６９年苏联联盟４和５飞船过去交会对接技术的成就，概括起米有两点：实现交会对接。由于当时对搂机构为老式“杆一锥”（１）联盟号飞船与和平号空间站所完成的种多样交式，对接机构当巾没有通道，宇航员必须从舱外进入会对接任务，町以表明交会对接已经由试验阶段变另一艘飞船，但是不久就改进对接机构，宇航员ＨＪ以成为・个口常例行的空间操作技术。（２）“阿波岁”从舱内通过。联盟号飞船交会对接测量敏感器今部登月Ｅ船往返一趟，需要在空问进行两次交会对接．采用多部微波雷达以及目标器中的应答机。测量系第一次由于指挥舱与服务舱需要调头１８０。，先分统复杂、质量重、功耗大。联盟号飞船可以称为世界离，后对接；第二次是登月舱返回月球轨道，先与留上实现交会对接次数最多的飞船，它先后与苏联礼在月球轨道上的飞船交会，然后对接。这说明过去炮号、和平号空间站实现交会对接，粗略估计在１００交会对接水平在远离地球的月球轨道，已经成功实多次以上。这种联盟号飞船的交会对接至今还在应现了多次。

用，它是俄罗斯最经典、最町靠的交会对接技术。２．２现在的交会对接

（２）“阿波罗”载人登月飞船：从１９６９年７月美在这阶段由于交会对接技术上成熟，开始应川国成功发射阿波罗１ｌ１５＿船到１９７２年为止，成功实在大型航天器组装，例如航天Ｅ机和空问站交会对现多次交会对接。“阿波罗”飞船交会阶段是依靠微接已成为一项莺要空间操作技术。除此之外，又在波雷达，接近和对接阶段依靠宇航员目视目标，由手两个方面交会对接技术得到突破：（１）无人航天器在

控操作来完成。轨自主交会和对接飞行演示获得成功；（２）开始把交

航天器工辑

图２和平号空间站与多个航天器对接

Ｆ谆２Ｏ讳１ｔａ【ｃ（）ｎｓｔｒｕｃｔｌｏｎｏｆｔｈｅＭｌｒｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ

会对接推广应用到在轨服务技术，例如对空间故障

检修，燃料加注，部件更换以及军事上空间攻防等。

这阶段典型交会对接事例如下：

（１）航天飞机与和平号空间站实现交会对接，这

是作为“国际空间站”与航天飞机交会对接的准备工

作。

美国上世纪８０年代成功发射航天飞机经过多

次在轨飞行演示，到了上世纪９０年代，航天飞机已

经具备空间交会、捕获和对接的能力。例如航天飞

机用机械臂捕获哈勃空间望远镜回舱内进行修理，

然后再释放返回空间。图３表示航天飞机轨道器交

会飞行轨迹。

１９９５年航天飞机与和平号空间站开始实现交

会对接，经过多次飞行试验，航天飞机掌握了与大型

空间站交会对接技术和宝贵操作经验。图３航天飞机轨道机动交会飞行轨迹Ｆ１９３ＳｈｕｔｔｌｅｓｔａｂｌｅｏｎｌｔｒｅｎｄｅｚｖｏＬｌｓｔｒ由ｅｃｔ（）ｒｙ航天飞机交会对接敏感器由Ｋｕ频段交会雷达、手持激光雷达（１，ＴＤＡＲ）、轨迹控制敏感器（Ｔｃｓ）、闭路电视和宁航员光学瞄准器（ｃＯＡｓ）等

组成。接近和对接阶段的平动由宇航员手控操作完

第４劓林来兴：职十年空间交会对接技术的发展７３成，姿态分别由航天飞机和空间站的姿态稳定系统自动转移飞行器（ＡＴＶ），日本Ｈ火箭转移飞行器以自动方式来实现。（ＨＴＶ）和俄罗斯进步号飞船（Ｐｒｏｇｒｃｓｓ）经常要向

（２）“国际空间站”实现各种形式的交会对接空间站运送物资，从而使“国际空间站”能够长久丁当前“国际空间站”是经过多次发射干¨交会捕作。图４表示航天飞机与“国际空间站”近距离交会获，最后在轨组装逐步来完成。航天飞机还要经常与对接的飞行轨迹。

运送来往宇航员和各种货物。除此以外，还有欧洲

巳ｌｐ…。戌≤ｒ黑‘。｝血

一．１．

ｒ等琴

图４航天飞机与空间站的近场交会飞行轨迹

Ｆ追．４Ｓｐａｃｅｓｈｕｔｔｌｅ／ｓｐａｃｅｓｔａｔｊｏｎｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓｎｅ“ｆｉｅｌｄｓｅｎｓｏｒ

（３）工程试验卫星一７（ＥＴ孓Ⅶ）自主交会对接。破，在经济上和军事上有很高价值。

日本在１９９７年成功发射无人自主交会对接试进入２１世纪后，在轨服务技术进行了各种１￡行验卫星。这是世界上首次全面实现自主交会对接。演示。从２００５年至今短短两年时间，仅美国已经成卫星由跟踪星（重２．５ｔ）和目标星（重ｏ．５ｔ）组成。功进行３项在轨服务和自主飞行演示：ｘｓＳ＿】１微小通过运载火箭两星一次入轨，然后分离，成功进行ｒ卫星，“自主交会技术验证”卫星（ＤＡＲＴ）和“轨道快多次不同距离分离，然后交会与对接。这表示交会车”（ＯｒｂｉｔａｌＥｘｐｒｅｓｓ）。这些飞行演示除了研究在埘接已步人全面自主技术水平。轨服务技术以外，还有更重要的军事应用，例如空问

攻防等。

３在轨服务技术（１）ｘＳｓ＿１ｌ微小卫星

ＸＳＳ系列是美国空军试验卫星。ＸＳＳ＿１ｌ在

为了延长在轨航天器工作寿命和扩展在轨航天２００５年４月发射成功。卫星重１４５ｋｇ。飞行演示轨器的功能和技术性能，最近几年来世界上大力开展道机动和位置保持能力，同时也试验对牵间目标监在轨服务技术研究。通过空间交会、捕获、组装与对视。图５表示ｘｓｓ一儿微小卫星外形结构。

接等技术，实现对在轨航天器的补给、装配和维护来ｘｓＳ－１１微小卫星自主交会对接测量系统由主达到上述的目的。动和被动两种敏感器组成。主动是指激光成像雷

在轨补给是指对在轨航天器消耗品进行补给达，可用于几Ｔ米内对非合作目标的测距。被动是（如燃料）；在轨装配是指将分批独立发射人轨的舱指光学敏感器，由视频相机和星敏感器组成，两者可段和部件通过交会和捕获，对接与组装，从而变成大以互换，达到功能冗余。

型航天器。在轨维护则是对在轨航天器进行检查、ｘｓｓ一１１在轨演示可以接近一个目标，保持相对维修和部件更换等。位置距离不变，而且对目标照相，也可以对目标绕

在轨服务可以说是交会对接技术向更高层次的飞。所有这些都是由星上自主操作软件来实现，它发展，并且在应用方面向新的领域扩展。在轨服务ｌ＝坷麻省理工学院（ＭＩＴ）的Ｄｒａｐｅｒ试验室研制提供。最早起源于载人航天器，由宇航员完成某些简单的（２）“自主交会技术验证”卫星

在轨服务项目。现代的在轨服务技术主要是无人、美国ＮＡＳＡ在２００５年４月成功发射“自主交自主，以及使用空间机器人，在技术水平有很大的突会技术验证卫星”（ＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｊｏｎｏｆＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓ

航天器Ｔ程

出７ＤＡＲＴ卫星接近和绕Ｅ的Ｅ仃轨迹

图ｊｘｓ孓１１微小卫星Ｆｌｇ．７ｎＡＲＴｐｍｘ】ｍ１‘ｙｏｐｅｒａ【ｌ。ｎｓ１‘叫ｅｃｌｏｒｙ

Ｆ１９５ｘｓｓ＿１１……ａｔｅＩｌｉｔｅ３）垂直逼近：从水半转移到垂直，然后米同两次

Ｒ恤ｄｅｚＶ。ｕｓＴｅｃｌｌＩＨ）ｌ。ｇｙ，ＤＡＲＴ）。飞行演示目的逼近。

是验证自主交会和轨道机动接近能力以及所使用交４）绕飞：从垂直正而（３∞ｎ－处）绕飞到负水平会对接敏感器和推进器的性能和操作软件。ＤＡＲＴ方㈣，绕飞２７０６。

卫星重３６３ｋｇ。与它相匹配的目标器是南退役的（３）“轨道快车”

Ｍｕｂｋｏｍ军事通信卫星来承担。图６嵌不ＤＡＲＴ美同刚防高级研究计划埘（ＤＡＲＰＡ）于２００７年追踪星和目标星外彤结构罔。３月成功发射“轨道快＾－”（ｏｒｂ№ｌＦｘｌ，ｒｃｓｓ）飞行演

不卫星，它由重７００ｋｇ追踪器（ＡｓＴＲ０）和重２２４ｋｇ

目标星（ＮＥＸｒｌｓＡ－Ｊ、）组成。同８表示追踪器和ＬＪ标

星外形结构。

幽６…、Ｒｌ１１旱

Ｆ１９．６ｎＡＲＴｓｐａｃｅｃｒａｈ阿８“轨道快东”的追踪星和目标星

ＤＡＲＴ飞行演不远距离敏感器为ＧＰｓ；近距离Ｆｌｇ．８ｏｒｂｌ￡ａｌＥｘｐｒｅ圳ｐ“ｃｃｃｒａｆｌ

为先进视频制导敏感器（ＡｖＧｓ）。图７表示ＤＡＲＴ“轨道快４‘”飞行演不主要的目的和内容：接近和绕飞的飞行轨迹。１）全自主实现交会从几卜二｝米到几Ｉ沫；

从图中看到Ｔ）ＡＲ‘ｒ接近羽『绕色阶段有四种飞２）试验星上自主导航和制导系统技术性能；

行演示：３）试验机器人机械臂对接系统：

１）逼近：从低于目标轨道７．５ｋｍ并落后目标星４）试验多次重复捕获日标星或用机械臀捕获；４０ｋｍ处，逼近到３ｋｍ保持点，然后转移到１ｋｍ。５）自主位置保持，误差小十１ｍ；

２）水平逼近．从１ｋｍ保持点，转移到３００ｎｔ、６）运载和传递燃料及更换部件；

１５ｔ１１和５ｍ。然后在５Ｉｎ和１５ｍ之Ｉ可来同运动。最７）试验非合作日标交会敏感器测量系统。后退到３５０ｍ保持点．并在此识别和榆查ＡＶＧｓ敏“轨道快车”在轨演示长距离平｜｜短距离交会对接

感器Ｉ：作性能。敏感器性能。上述ＡＶ（焉敏感器又用在近趴离测

第４期林来兴：四Ｊ年空『日Ｊ变会对接技术的发展

量相对位置和姿态。星七自主操作软件也是采用“轨道快车”自丰敏感器测量系统结构图。

Ｄｒｅｐｅｒ试验窜为“国际卒间站”开发的。图９表示

罔９“轨道快车”测量系统结构罔

Ｆ１９．９ＯｒｂｉｔａｌＥｘｐｒｅｓｓｓｅｎｓｏｒｓｕｌｔｅ

器的总体技术性能及其相互比较，以便没计者与使

４空间交会对接敏感器及其技术进展用者能有一个全面的了解。

袭１列出七种近期交会埘接的远、近场敏感器

敏感器将决定交会对接自主性程度和技术水技术性能和对日标器的要求（包括合作或者非合作平，同时也是确保交会对接成功的关键技术。由于目标）。下面对表］中ｔ种敏感器作一简要说明。交会对接相对距离很长，而且各距离段技术要求不（１）三维激光成像敏感器（ＬＡＤＡＲ）

同，故把交会对接分为长距离、远场和近场三阶段。这足当前最先进技术的敏感器，特别是可用在

（１）艮距离：般指几百千米到几十千米，月前非合作目标的相对距离和相对速度的测嚣，当有反绝大部分依靠地面站、ＧＰｓ和深空测拄网束实现测射器时，在视场内每点灵感度都会被加强，而且对目轨。丰要技术指标：相刘距离和相对速度。这尴技标外型结构进行成像。为此也可以用于对四周环境术指标主要保证能提供正确在轨捕获到远场敏感态势感知。这种敏感器刚出世不久，足所有敏感器器，从而进入远场敏感器ｒ作区。技术成熟程度最低的。表内所列最火相对距离仅是

（２）远场：一般指几十丁米到ｌ干米，在这里柏理论计算值，与当前实际差别还是很大。

对距离、相对方位是非常重要的技术指标。远场敏（２）特征图像识别敏感器（ＮＦＩＲ）

感器要求测出追踪器柑对目标器的距离和速度，而一般应用最多的是－种称为交会对接光学成像且以目标器、＿地坐标系为基准。敏感器，需要在目标器上装有特征罔案，例如最简单

（３）近场：－般相对日标器距离小于ｌ千米。在是多个特征光点（４～５个）。对非合作目标来说，要近场阶段相对距离、速度和出标态势测定已经成为采用自然固有图像识别，但精度较低，识别软件开发关键要求，而且需要较高的测量精度。和计算嚣都很大，目前成功应用还较少，而且刘轨道

交会对接敏感器类型，具体技术性能已经有许Ｅ光照条件有一定要求。

多文献…可以参考，作者不久前已发表类似文章“］，（３）轨迹控制敏感器（ＴＣＳ）

本文着重分析研究的是几种远、近场交会对接敏感轨迹控制敏感器用在航天Ｅ机接近和对接阶

７６航天器工程１６卷段，它足一台光点扫描激光检测和测距仪。用来测微波交会雷达已经多次应用在“双子星座”、“阿距，测相对速度，当日标器装有三个反向反射器时也波罗”Ｅ船、航天飞机等交会敏感器，采用由陀螺稳可测山相对姿态。定的抛物面天线，测量相对目标的距离、速度和方位

（４）先进视频制导敏感器（ＡＶＧｓ）角。微波发射依靠目标器表面蒙皮反射或者装有应激光器用不同波长依次照射到装有带通滤光片答机来应答。

的角反射器（在目标器），然后反射到电视摄像机成（７）ＫＵＲｓ微波雷达测量系统一

像，当两个不同波长图像相减，可以消去背景和干ＫｕＲＳ是苏联／俄罗斯上世纪７０年代研制成扰．根据图像匹配处理成相对距离和姿态信息。功测量系统，是可靠用作俄罗斯各种交会对接的敏

（５）星跟踪器：可用于测量惯性系统相对星光方感器，该系统由多部雷达和相匹配的应答机组成。位角，也可用在对太阳光角跟踪交会目标，适合应川技术成熟，可靠性高，只是体积、重量和功耗都很大，在非合作日标，但对光照条件有一定要求。测量精度属中等。

（６）微波交会雷达（Ｒａｄａｒ）

表ｌ空间交会对接敏感器性能汇总表

淡翟瓣黧黧ＴａｂＩｅｌＳｐａｃｅＲＶＤ辨ｎｓｏｒ／ｆｅａｔＩＨ髑／ｃＩｌ盯ａｃｔ盯ｉｓｔｉ岱

合作跟踪星跟微波

踪器雷达系统

（ＫＵＲｓＪ

二维（方位，仰是是是是是是角）

三维（方位，仰

角，距离）是非是非尾是

六维（方位，仰

角，距离，姿态＞是＜３００ｍ是＜３００ｍ是＜３００ｍ是＜３００ｍ非非

技术成熟程度ｄ０９

带通滤光片

翌曼是曼冀支作不零乏，詈用（反向反射器）会更好不要求。。要求…的陈列角不要求任意不要求

反射器

裟黼作小要求小要求币要求小要求不要求任意要求用于非合作目标是是非非是是非

目标要求光不小于２０。目标要求阳

阳光限制无照，不小丁无光不小于无无

３０。太阳角太阳角２０。太阳角

精度高中等商高高中等中等

最合作目标＞ｌ５０ｋｍ１．５ｋｍ１ｋｍ＞１００ｋｍ２００ｋｍ大

距

离非台作目标＞５（）ｋｎｌ３００ｍ不清楚＜ｌＯＯｍ

最小距离对接对接对接对接对接３０ｍ对接竺妻’：重氨功耗低’’‘低中等中等中等高高

着陆导航危

应用于其他急检测二维二维成像态惯性导航和

方向三维成像态势感知姿态嘲整

势感知

第４期林来兴：四十年空间交会对接技术的发展

５未来的交会对接

当我们了解到上述过去和现在交会对接技术发

展及其空间活动典型事例以后，人们不禁要问，未来

突会对接将是如何？根据技术本身发展趋势和未来

空间技术在军用与民用领域的需要，我们可以对未

来交会对接技术和应用前景作如下概述：

（１）变会对接会尽快发展成为一个自主、简便、

经常使用的例行空间操作技术

首先对无人航天器来说，提高自主性程度，一直

到实现全自主。对有关载人航天器，要从总体安全

叮靠角度权衡宇航员和冉主之间关系。然后进一步

让交会对接所使用设备简单化（包括轻型，低功耗），

运行安全可靠，软件智能化，让交会对接成为军用和

民用的空问任务随时随地都可以使用的一种成熟技

术。

（２）发展轻型简便自主空间交会与捕获敏感器

技术

迄今为止，空间交会对接飞行阶段划分和操作

（包括制导）都是按相对测量敏感器种类来划分。为

此若能发展既能自主，又能简便测量的敏感器，对空

间交会对接水平和可靠怿将有重大意义。所谓简便

测量敏感器，就是交会对接相对几百千米距离到几

十米（或几米）逼近距离，所采用测量敏感器种类少，

结构简单，重量轻，功耗少，而且满足导航和制导精

度的要求。

（３）发展多种形式对接机构

根据交会对接不同用途，应该发展多种不同形

式的刘接机构。

首先是为送人、送货的对接。这种对接机构必

须有封闭通道。目前要求这种对接机构结构轻便，

性能可靠，可多次重复使用。其次是非载人航天器，

对接目的是把不同飞行器联结在一起，组成一个大

型空间结构。这类对接机构要求结构牢靠、简单。

例如二义形对接机构或者撞锁与手柄结构。第三是

修理在轨故障航天器，这类对接机构日前正在研制，

并且要求模块化、标准化，以便广泛使用。

埘接方式要与对接机构特点相匹酉己，对接方式

有两种：一种称为在轨对接，另一种是先停靠后由机

械臂抓获（捕获），然后依靠机械臂帮助实现对接。

开展轻便、可靠空间机器人的研究，以便应用到

空间捕获和空间对接。随着技术发展，空问机器人

将在空间交会、捕获、组装等方面得到更广泛的应用。（４）积极发展非合作目标的交会与捕获技术研究所谓作合作目标是指一个航天器要与另一个事先不了解的航天器的交会和捕获（包括拦截），这与过去所说的交会对接（合作日标）有很大区别。非台作目标交会与捕获基本上要求自主。这埘民用和军用空间技术都具有很高价值。在民川方面主要是修复在轨故障卫星和抢救载人航天器；在军川方面主要是空间攻防。菲合作目标交会与捕获，首先关键的是要解决非合作目标的自主敏感器技术。这里对非合作目标的自主敏感器技术开发和研究提出四点要求：１）针对非合作目标，也就是说敏感器测量技术性能对目标器特性不敏感，与结构形状无关；２）测量敏感器是自主的，不依赖航天器外界，更不能依赖地面站；３）测量信息是实时的，也就是说能测出动态性能；４）敏感器功耗低，重量轻，体积小，特别是前两项。敏感器适合空间环境工作。（５）开展行星轨道（除地球以外）交会对接技术研究不久的将来会实现火星轨道交会刘接。行星轨道交会对接一般都是自主的，闲为往返通信传输需另者需要开发赢智能的操作软件，以便在行星轨道中及时处理出现的故障问题。除此以外还需要高速传递大容量通信、Ｉｐ务的深卒通信网。参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］林来兴空问交会对接技术［Ｍ］．北京：目防工业山版社，｛∞５［２］ｚｉｍｐｆｅｒＤ，ＫａｃｈｍａｒＰ，Ｔｕ。ｈｙＳ．Ａｕｔ。ｎｏｍ０１ｌｓＲｅｎｄｅ。一ｖ。ｕ８，ＣａｐｔｕｒｅａｎｄＩｎＳｐａｃｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：Ｐａｓｔ，ＰｒｅｓｅｎｔａｎｄＦｕｔｕｒｅＬＲ］．ＡＩＡＡ２００ｉ２５２３［３］张淑琴．空间交会对接测量技术及工程应用［Ｍ］．北京：宇航出版社，２００５天，２００ｊ．５［５］ＭａｃｈｕｌａＭＦ，ＳａｎｄｈｏｏＧＳ．ＲｅｎｄｅｚｖｏｕＳａｎｄＤｏｃｋｌｎｇｆｏｒｓｐａｃｅＥｘｐｌｏｒａｎ。ｎ［Ｒ］ＡＩＡＡ２００ｊ～２７１６（编辑：程培培）要很长时间。同时交会对接设备要轻量化、小型化。■］林来兴．自主空问交会与捕获敏感器技术ｆ门．载人航

四十年空间交会对接技术的发展

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：

被引用次数：林来兴， LIN Laixing北京控制工程研究所,北京,100080航天器工程SPACECRAFT ENGINEERING2007,16(4)2次

参考文献(5条)

1.Machula M F;Sandhoo G S Rendezvous and Docking for Space Exploration[AIAA2005-2716]

2.林来兴 自主空间交会与捕获敏感器技术 2005(05)

3.张淑琴 空间交会对接测量技术及工程应用 2005

4.Zimpfer D;Kachmar P;Tuohy S Autonomous Rendezvous,Capture and In-Space Assembly:Past,Present andFuture[AIAA 2005-2523]

5.林来兴 空间交会对接技术 1995

引证文献(2条)

1.苏晏.李克行.黎康 非合作目标追踪与相对状态保持控制技术研究[期刊论文]-空间控制技术与应用 2010(6)

2.高会军.杨学博.王常虹 一种有限推力航天器交会轨道的鲁棒设计方法[期刊论文]-空间控制技术与应用 2009(2)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_htqgc200704013.aspx