太空會合
太空會合指兩個太空船，通常其中一個是太空站，抵達同一個軌道，並且距離非常接近（目視距離）時的軌道操縱。
太空會合要求兩個太空船保持非常精確相等的軌道速度，才能保持兩者間的固定距離。會合後未必會進行對接，也就是兩者接合在一起使兩者能互連。
太空會合的技術也能用於使太空船降落在重力微弱的天體上。例如要登陸火星的衛星，必須讓太空船與火衛保持一樣的軌道速度，接下來的下降步驟也與太空對接類似。
歷史
蘇聯第一次載人太空飛行的東方計劃裏，曾在短時間內從同一發射架，只隔一兩天發射兩個太空船（1962年東方3號、東方4號，1963年東方5號、東方6號）。這兩次火箭的導引系統都將兩個太空船發射至幾乎完全相同的軌道。然而因為東方太空船缺乏軌道操縱的推進器，因此無法達成會合。雖然一開始兩者間距離僅有5至6.5公里，但後來逐漸漂離至數千公里遠。
1963年，日後成為太陽神登月太空人的伯茲·艾德林提交了博士論文，題目為載人軌道會合的視線導引技術 (Line-Of-Sight Guidance Techniques For Manned Orbital Rendezvous) [1] 作為NASA太空人，他"將複雜的軌道力學翻譯成平易近人的飛行計劃給我的同僚看" [2]
首次嘗試失敗
第一次太空會合的嘗試發生在1965年6月3日。美國太空人占士·麥克迪維特試着操作雙子星4號太空船與已使用完畢的泰坦火箭2型火箭會合。但因距離感的問題，還有火箭因推進劑排氣而不斷移動的問題，他無法靠得更近也無法保持位置。[3] 最主要失敗的原因，是當時NASA工程師並不了解會合時所需要的軌道力學。 僅僅只將太空船指向目標再推進，並無法達成會合。如果目標在同一軌道的前面，後者增加速度則會同時提升高度，反而遠離目標。 正確的做法是改變追逐者的軌道，讓會合的目標追上或被追上，然後再移動到同一軌道使得兩者相對速度為零。 [4]
雙子星計劃工程師André Meyer後來評論, "會合發生的錯誤有個很好的解釋" 太空人就像任何一個在林頓·約翰遜太空中心的人一般，"完全無法了解軌道力學的作用。因此，我們全都變得很聰明而且將太空會合機動臻至完美，後來太陽神計劃就用上了。"
——[4]
首次成功會合
第一次成功的會合由美國太空人華爾特·舒拉在1965年12月15日達成。他將雙子星6號移動至姐妹船雙子星7號旁僅僅1英尺（30公分）。 太空船並無對接設備，但足足保持固定位置達20分鐘。
首次對接
首次有兩艘太空船對接是發生在1966年3月16日，雙子星8號在尼爾·岩士唐的指揮下與無人目標太空船會合。雙子星6號原本會是第一次對接，但該次任務所需的目標太空船發射失敗，所以對接計劃取消。[5]
蘇聯在1967年10月30日使用Cosmos 186及Cosmos 188太空船進行了第一次自動無人對接。 [6]
第一位嘗試手動對接的蘇聯太空人是格奧爾基·別列戈沃伊，他在1968年10月將聯盟3號與無人的聯盟2號對接卻失敗。他將太空船間的距離從200公尺降到僅僅1英尺（30公分），但在用盡機動燃料前來不及對接。
蘇聯第一次成功的載人太空船對接發生在1969年1月16日，聯盟4號與聯盟5號對接，並交換兩位太空人組員。
第一次兩個不同國家的太空船對接發生在1975年6月17日，在太陽神-聯盟測試計劃中，太陽神太空船與一艘聯盟號太空船對接。
第一次多重對接發生在1978年1月，聯盟26號與聯盟27號都與禮砲6號太空站對接。
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用途
每次太空船要將太空人或補給送上太空站時，就需要進行太空會合。第一次與太空站的會合發生在1971年6月7日由聯盟11號太空船與禮炮1號會合。載人太空任務已成功與6個禮砲太空站，天空實驗室，和平號及國際太空站會合過。目前聯盟號大約每六個月運送太空人上下國際太空站。
步驟與方法
標準的會合及對接技巧是讓一個主動的太空船接近一個被動的目標。這技術已經成功展示在雙子星，太陽神，太陽神/聯盟號，禮砲號太空站，天空實驗室，和平號，國際太空站及神舟等太空計劃中。
會合步驟
太空會合由一個主動的追逐者太空船以及一個被動的太空船組成，可以分成幾個階段，通常始於兩個太空船位於不同軌道，距離超過1000公里遠:[7]
| 階段 | 距離 | 此階段一般時間長度 |
|---|---|---|
| Drift Orbit A (視線之外，無接觸) |
>2 λmax[8] | 1 至 20 天 |
| Drift Orbit B (視線接觸內) |
2 λmax to 1公里（3,300英尺） | 1 至 5 天 |
| 近接操作 A | 1,000—100米（3,280—330英尺） | 1 至 5 orbits |
| 近接操作 B | 100—10米（328—33英尺） | 45 – 90 分鐘 |
| 對接 | <10米（33英尺） | <5 分鐘 |
有很多種太空船操作技巧可用於進行平移，轉動的機動以作為近接及對接操作。[9]
進場方法
V-bar法
R-bar法
Z-bar法
參見
參考資料
- ^ Buzz Aldrin. Orbital Rendezvous. [2014-05-26]. （原始內容存檔於2011-10-09）.
- ^ Buzz Aldrin. From Earth to Moon to Earth (PDF). [2014-05-26]. （原始內容 (PDF)存檔於2014-05-27）.
- ^ Oral History Transcript / James A. McDivitt （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） / Interviewed by Doug Ward / Elk Lake, Michigan – June 29, 1999
- ^ 4.0 4.1 Gemini 4. Encyclopedia Astronautica. [2014-05-26]. （原始內容存檔於2010-11-29）.
- ^ 存档副本. [2014-05-26]. （原始內容存檔於2020-04-03）.
- ^ NSSDC ID: 1967-105A[失效連結] NASA, NSSDC Master Catalog
- ^ Wertz, James R.; Bell, Robert. Autonomous Rendezvous and Docking Technologies – Status and Prospects (PDF). SPIE AeroSense Symposium. Space Systems Technology and Operations Conference, Orlando Florida, April 21–25, 2003. 2003, 5088: 20. Bibcode:2003SPIE.5088...20W. S2CID 64002452. doi:10.1117/12.498121. Paper 5088-3. （原始內容 (PDF)存檔於2012-04-25）.
- ^ λmax is the angular radius of the spacecraft’s true horizon as seen from the center of the planet; for LEO, it is the maximum Earth central angle from the altitude of the spacecraft.
- ^ Lee, Daero; Pernicka, Henry. Optimal Control for Proximity Operations and Docking (PDF). Int』l J. of Aeronautical & Space Science. 2010, 11 (3): 206–220 [November 3, 2011]. Bibcode:2010IJASS..11..206L. doi:10.5139/IJASS.2010.11.3.206. （原始內容 (PDF)存檔於2012年3月31日）.