新記錄：3小時40分超快速對接

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北京時間7月10日5時51分，俄羅斯使用聯(lián)盟2-1a型運載火箭在拜科努爾發(fā)射場成功發(fā)射進步MS-09飛船。飛船在繞地球運行兩圈后，于起飛3小時40分成功對接到國際空間站俄羅斯碼頭號對接艙上。船上載有約2.5噸食品、燃料和其它補給物資。這一新的超快速對接模式比此前射后約6小時、繞地4圈的快速對接模式縮短近一半時間，創(chuàng)造了國際空間站與造訪飛行器交會對接時間最短紀(jì)錄。

此外，進步MS-09飛船上還載有兩顆科研和教學(xué)用的單體立方星，稱為“天狼星衛(wèi)星”（SiriusSat）1和2，每顆重1.3千克。它們由小學(xué)生在專家指導(dǎo)下組裝，由俄羅斯航天國家集團幫助安排免費發(fā)射，將由航天員在出艙時投放。星上載有空間天氣研究用的空間粒子探測器。

飛船除去把補給送上站，還擔(dān)負(fù)著測試“兩圈快速對接技術(shù)”，為該技術(shù)未來在載人飛船上應(yīng)用“探路”的重要任務(wù)。

本次是俄羅斯第三次測試該技術(shù)，前兩次分別是在2017年10月和2018年2月發(fā)射的進步MS-07飛船和進步MS-08飛船，但兩次測試都在倒計時進行到最后時突然中止。據(jù)俄航天國家公司聲明，發(fā)射中止的原因均為火箭計算機在點火前返回了錯誤的信號。兩艘飛船盡管隨后都成功發(fā)射，但由于錯失發(fā)射窗口，不得不采用傳統(tǒng)對接方式，這也使得“兩圈快速對接技術(shù)”的測試和其在載人飛船上的應(yīng)用一再推遲。

▲進步MS-09飛船點火升空

從“慢速對接”到“快速對接”

快速對接存在的主要技術(shù)難點，在于其對入軌精度和發(fā)射窗口的要求都很高。傳統(tǒng)的“2天對接”在對接前飛船會在低軌道運行34圈，利用飛船軌道與空間站軌道之間的周期不同，可以很方便地修正雙方相位差，最終實現(xiàn)軌道交會。但快速對接則僅在低軌道運行2～4圈，相位修正范圍非常小，這就導(dǎo)致對相位偏差的限制從傳統(tǒng)對接的150°大幅度提高到30°甚至更小，發(fā)射窗口也縮減到以分鐘計算，這就對包括發(fā)射場、運載火箭、飛船、測控系統(tǒng)等在內(nèi)的整個任務(wù)體系提出了更高的要求。

為此，俄羅斯對交會對接流程進行了大幅度改進。傳統(tǒng)交會對接需要在發(fā)射入軌后通過測控獲取飛船軌道信息，隨后進行軌道機動，以進行軌道交會，而新的對接流程則在入軌后根據(jù)預(yù)計的軌道參數(shù)直接進行軌道機動，隨后再使用測控獲得的參數(shù)進行修正。很明顯，只有在火箭的入軌精度足夠高時，才能保證這種操作流程的有效性和安全性，一旦軌道機動出現(xiàn)問題，交會對接程序?qū)⒆詣愚D(zhuǎn)回傳統(tǒng)的慢速對接模式。例如，2014年發(fā)射的聯(lián)盟TMA-12飛船由于軟件故障，偏差超過了快速對接的修正范圍，轉(zhuǎn)為2天慢速對接，成功對接國際空間站。

俄羅斯軌道動力學(xué)團隊為實現(xiàn)“兩圈快速對接”，開發(fā)了一種新的交會方法，即準(zhǔn)共面插入法。該方法能將飛船以優(yōu)化的相位角發(fā)射到軌道上的同時，保持軌道平面偏差在可控范圍內(nèi)。這就減小了對發(fā)射窗口的要求，使得“兩圈快速對接”在技術(shù)上難度下降。另一個重要改進是改變軌道初始傾角，以減小空間站和飛船軌道夾角，從而減少飛船變軌消耗的推進劑。否則若采用傳統(tǒng)軌道進行“兩圈快速對接”，推進劑消耗會大幅上升，甚至遠超“慢速對接”。

此外，“兩圈快速對接”還利用了新一代“聯(lián)盟號”和“進步號”的衛(wèi)星定位能力，以提升飛船的導(dǎo)航精度，飛船本身的控制和導(dǎo)航系統(tǒng)也進行了升級，使得飛船在與空間站交會對接時能夠進行更大程度的機動，這也略微降低了對交會精度的要求。

▲聯(lián)盟號火箭抵達拜科努爾發(fā)射場

▲飛船已經(jīng)與適配器組裝，等待裝入整流罩

▲進步MS-09貨運飛船完成了燃料和壓縮氣體的加油作業(yè)

快速對接好處多

快速對接技術(shù)對于載人航天有著重要意義，由于現(xiàn)役載人飛船內(nèi)部空間均較小，且航天員需要穿戴航天服以保障自身安全，導(dǎo)致載人飛船內(nèi)的飛行舒適度較差，長時間飛行會對航天員狀態(tài)造成負(fù)面影響。

隨著新一代“聯(lián)盟”2系列運載火箭服役，俄飛船入軌精度進一步提升。因此，俄開始研究對接耗時更短的“兩圈快速對接技術(shù)”，耗時進一步減少到約3小時40分，由于對接時間更短，飛船所消耗的姿控推進劑數(shù)量也有較大幅度下降。目前采用的“6小時快速對接”可較傳統(tǒng)的“2天對接”節(jié)約姿控推進劑20千克，而“兩圈快速對接”從發(fā)射到對接耗時僅3小時40分，可進一步節(jié)約姿控推進劑和生命保障物資。對于貨運飛船，快速對接也有一定的積極意義。例如，由于對接耗時減少，蓄電池和太陽能電池板、姿控推進劑等均可進行一定程度的削減，可提高貨物上行載荷量。

在本次無人測試后，俄羅斯計劃在下一艘“進步”飛船上再次進行“兩圈快速對接”測試，以保證技術(shù)成熟可靠，隨后在“聯(lián)盟”載人飛船上應(yīng)用該技術(shù)，縮短對接時間。