交会对接
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定义
技术概述
交会对接在空间交会与对接的两个航天器中，一个称目标航天器，一般是空间站或其他的大型航天器，是准备对接的目标；另一个称追踪航天器，一般是地面发射的宇宙飞船、航天飞机等，是与目标航天器对接的对象。
对接对象也可以是太空中失控的或出现故障的航天器。追踪航天器从发射入轨到最后与目标航天器完成刚性连接，整个过程大致可分为地面导引、自动寻的、最后逼近、对接合拢四个阶段。 航天器之间在空间进行对接时要先交会，即相互接近，它是一个航天器接近另一个航天器的过程。具体地说，就是在太空飞行中，两个或两个以上的航天器通过轨道参数的协调，在同一时间到达空间同一位置的过程。
美国和苏联/俄罗斯曾使用过三种交会的方法，即相切法、共椭圆法和第一远地点法。它们细说起来一言难尽，但都是利用两个航天器的不同高度和霍曼变轨原理，使追踪航天器以不同的速度移向目标航天器。两个航天器交会后要调整各自的位置，使两个航天器之间逐步达到零距离，最终启动对接机构实现对接，在机械上联成一体，形成更大的航天器复合体。实现交会与对接是由交会与对接系统完成的，它通常包括跟踪测量系统、姿态与轨道控制系统、对接机构机械系统等。
两个航天器在太空进行对接时，其初始条件是两者保持对接机构的同轴接近方式和确定的纵向速度，以及在其他线坐标和角坐标上的速度为零。但两个航天器之间的实际相对运动参数总是有偏差。一般情况下，两个航天器之间的相对位置及其平动速度通常是靠主动航天器运动控制系统和两个航天器的定向与稳定系统来维持，前者适用于控制质心的平动运动，后者适用于控制绕质心的转动运动。
空间交会与对接过程一般是首先由地面发射追踪航天器，由地面控制，使它按比目标航天器稍微低一点的圆轨道运行；接着，通过霍曼变轨，使其进入与目标航天器高度基本一致的轨道，并与目标航天器建立通信关系；接着，追踪航天器调整自己与目标航天器的相对距离和姿态，向目标航天器靠近；最后当两个航天器的距离为零时，完成对接合拢操作，结束对接过程。
交接过程
交会对接过程分4个阶段：地面导引，自动寻的，最后接近和停靠，对接合拢。在导引阶段，追踪航天器在地面控制中心的操纵下，经过若干次变轨机动，进入到追踪航天器上的敏感器能捕获目标航天器的范围(一般为15～100千米)。
在自动寻的阶段，追踪航天器根据自身的微波和激光敏感器测得的与目标航天器的相对运动参数，自动引导到目标航天器附近的初始瞄准点(距目标航天器0.5～1千米)，由此开始最后接近和停靠。
追踪航天器首先要捕获目标的对接轴，当对接轴线不沿轨道飞行方向时，要求追踪航天器在轨道平面外进行绕飞机动，以进入对接走廊，此时两个航天器之间的距离约100米，相对速度约3～1米/秒。追踪航天器利用由摄像敏感器和接近敏感器组成的测量系统精确测量两个航天器的距离、相对速度和姿态，同时启动小发动机进行机动，使之沿对接走廊向目标最后逼近。
在对接合拢前关闭发动机，以0.15～0.18米/秒的停靠速度与目标相撞，最后利用栓一锥或异体同构周边对接装置的抓手、缓冲器、传力机构和锁紧机构使两个航天器在结构上实现硬连接，完成信息传输总线、电源线和流体管线的连接。
对接方式
四种类型
航天器空间交会对接技术的实施必须由高级控制系统来完成，根据航天员及地面站的参与程度可将控制方式划分为如下四种类型：
（1）遥控操作：追踪航天器的控制不依靠航天员，全部由地面站通过遥测和遥控来实现，此时要求全球设站或者有中继卫星协助。
（2）手动操作：在地面测控站的指导下，航天员在轨道上对追踪航天器的姿态和轨道进行观察和判断，然后动手操作。这是目前比较成熟的方法。
（3）自动控制：不依靠航天员，由船载设备和地面站相结合实现交会对接。该控制方法亦要求全球设站或有中继卫星协助。
（4）自主控制：不依靠航天员与地面站，完全由船上设备自主实现交会对接。
从本质上说，上述分类可归结为人工控制方式或自动控制方式。迄今为止，美国较多应用人控方式，而前苏联/俄罗斯则主要采用自控。这两种控制方式的优缺点对比如表2所示。
总体而言，对于航天器空间交会对接控制方式的确定必须进行系统的综合考虑。例如，尽管前苏联大力发展自控交会对接技术，但也没有放弃人控交会对接。1969年1月联盟4号和5号首次成功地进行了人控交会对接。因此，交会对接技术未来的发展趋势是人控和自控都不可偏废，应根据具体情况灵活采用。
四种方式
空间交会对接的控制方式有4种：
（1）手动操作：由航天员在轨道上亲自观察和操作，这是目前比较成熟的方法。但是，对航天员来说这是一项繁重的工作，这种方式仅适用于载人航天器；
（2）遥控操作(非自主)：由地面站通过遥测和遥控来实现，要求全球设站或有中继卫星协助；
（3）自动控制：不依靠航天员，由星上设备和地面站相结合实现交会对接；
（4）自主控制：不依靠地面站，完全由星上设备来实现，特别对不载人航天器最合适。
其中，自主交会对接由于敏感器和控制器(计算机)的作用，一般都反应迅速而准确。自主交会对接系统比较复杂，而且技术上难度较大。前苏联已经进行了多次实验，并且获得成功。随着今后计算机和空间机器人迅速的发展，自主交会对接是今后发展的方向。
自动和自主会对接最关键的技术是测量方法和敏感器。由于交会对接各阶段测量范围和精度不同，需要采用多种测量方法和敏感器，很难用一种敏感器完成整个交会对接的测量任务。远距离一般采用交会雷达，近距离可用电视摄像和光学成像敏感器。
目前，两个航天器在确定的时间和空间实现交会，这个控制技术发展已比较成熟，应用也比较广泛，一般采用远程和近程制导来实现。为了避免星上设备过重或者技术过于复杂，过去远程制导由地面站控制，近程制导大部分由星上自主进行。目前，由于计算机和自主导航技术的不断发展，远程和近程制导全部都在星上自主完成，技术上也是完全可能的。
空间交会控制系统设计指标为燃料消耗量、交会花费时间和交会终点所达到的精度三方面。在系统设计中若需要满足某一个指标为主，而其他两个指标处在从属地位，一般应用系统工程方法，根据空间交会和对接的具体任务，全面论证这三方面指标的相互关系和主从关系。
对接机构
交会与对接既离不开测量系统，也必须有对接机构，二者缺一不可。按不同的结构和原理，空间对接机构有四种：“环-锥”式机构、“杆-锥”（也叫“栓-锥”）式机构、“异体同构周边”式机构、“抓手-碰撞锁”式机构。
“环-锥”式是最早期的对接机构，它由内截顶圆锥和外截顶圆锥组成。内截顶圆锥安装在一系列缓冲器上，使它能吸收冲击能量。这种结构曾用于美国的“双子星座”飞船与“阿金纳”火箭以 及美国“双子星座”飞船之间的对接等。
“杆-锥”式是在两个航天器对接面上分别装有栓和锥的对接机构，即一个航天器的对接机构内装有接收锥，另一个航天器上装有对接碰撞杆，在对接时，碰撞杆渐渐指向接收锥内，接收锥将杆头锁定。由于这种对接结构不具备既有主动又有被动的功能，所以不利于实施空间营救。苏联/俄罗斯“联盟”飞船与“礼炮”号空间站、“联盟TM”飞船与“和平”号空间站，美国“阿波罗”登月舱与指令舱等的对接，都曾采用这种对接机构。
“异体同构周边”式对接机构可以克服“杆-锥”式机构的缺点，因为它满足了下面两个要求：①对接机构是异体同构，使航天器既可作主动方，也能作被动方，这一点对空间救援特别重要；②对接机构必须是周边的，即所有定向和动力部件都安装于中央舱口的四周，从而保证中央成为来往通道空间。苏联“联盟-19”飞船与美国“阿波罗-18”飞船、航天飞机与“和平”号空间站、航天飞机与国际空间站等对接，都采用这种对接机构。其中，航天飞机与国际空间站的对接虽然仍采用“异体同构周边”对接机构，但增加了先进的综合测量系统，包括GPS导航接收系统、数据跟踪与中继导航与通信接收系统、微波交会雷达系统、激光对接雷达系统、光学对接摄像系统等，此外，还包括航天员显示装置（空间六分仪、望远镜、显示器、荧光屏等）。
“抓手-碰撞锁”式是欧洲、日本研制的十字交叉和三点式对接机构。这两种机构实际上性质相同，只是布局上的差别。前者在周边布置四个抓手与撞锁，后者在周边布置三个抓手与撞锁。这两种对接机构都是无密封性能、无通道口的设计，适合与不载人航天器之间的对接，如无人空间平台、空间拖船等。
重大意义
空间交会与对接是载人航天活动的三大基本技术之一。所谓三大基本技术就是载人航天器的成功发射和航天员安全返回技术、空间出舱活动技术和空间交会对接技术。只有掌握它们，人类才能自由出入太空，更有效地开发宇宙资源。对于国家来说，还能独立、平等地参加国际合作。 在突破并掌握了载人航天的基本技术之后，宇宙飞船的主要用途就是为空间站和月球基地等接送航天员和物资。在航天领域专家常说的一句话是：“造船为建站，建站为应用。”至今发射的宇宙飞船大多是作为空间站的天地往返交通工具和长期停靠在空间站上的救生艇。为了实现宇宙飞船的运输功能，就必须攻克两项关键技术，那就是宇宙飞船与空间站的空间交会技术与对接技术，主要设备是交会测量系统和对接机构。
在国外载人航天活动早期，航天器之间的空间交会对接过程中经常发生故障与事故，即使在1997年，俄罗斯的两个航天器还发生过一次重大的空间交会对接事故——“进步M3-4”飞船与“和平”号空间站相撞，使“和平”号空间站上的“光谱”号舱被迫关闭，部分氧气泄漏，动力系统也受到影响。
通过多年的努力，目前美国和苏联/俄罗斯已完全掌握了在地面支持下的载人交会与对接技术。尤其是苏联/俄罗斯在掌握了空间交会与对接技术以后，先后利用飞船的运输能力发展了几代载人空间站，在空间交会与对接等方面一直占据着技术优势。
虽然起步较晚，但欧洲、日本等国家在空间交会与对接研究方面已取得长足进步，特别是某些单项技术和设备，如地面仿真、对接敏感器等，都取得了惊人的进步。日本曾于1998年通过两颗卫星成功进行了无人交会与对接在轨试验，2009年又用首个H2转移飞行器实现了与国际空间站的交会对接。欧洲也在2008年用首个自动转移飞行器实现了与国际空间站的交会对接。
历史上的对接
1965年12月15日，美国“双子星座”6号和7号飞船在航天员参与下，实现了世界上第一次有人空间交会。
1968年10月26日，苏联“联盟” 2号和3号飞船实现了空间的自动交会。
1975年7月17日，美国“阿波罗”号和苏联“联盟”号飞船完成了联合飞行，实现了从两个不同发射场发射的航天器的交会对接。
1984年4月，“挑战者”号航天飞机利用交会接近技术，辅以遥控机械臂和航天员的舱外作业，在地球轨道上成功地追踪、捕获并修复了已失灵的“太阳峰年观测卫星”。
1987年2月8日，苏联“联盟-TM2”号飞船，与在轨道上运行的“和平”号航天站实现了自动对接。
1995年6月29日，美国航天飞机“阿特兰蒂斯”号顺利地与空间运行的俄罗斯“和平”号航天站对接成功。这次对接与20年前美、苏联飞船对接相比，规模大、时间长，而且合作的项目多。
2011年11月3日1时40分，中华人民共和国“天宫一号”目标飞行器与“神舟八号”飞船追踪飞行器在无人参与下，实现了中国第一次自动空间交会对接，使中国成为世界上第三个独立掌握空间交会对接的国家。
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