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异体同构的提出和应用 对接机构为什么不长成一个样?
飞船和空间站对接 , 两个航天器上的机械对接装置有所不同 , 一个主动一个被动 。 上世纪70年代 , 对接机构的研究者们提出一个设计理念:异体同构 。 这个词对应的英文Androgynous源于拉丁语 , 本意是雌雄同体 , 现在仍是动植物学的术语 。
“异体同构”的核心在于 , 主被动两端的对接机构完全一样 , 任意两个飞行器可以互为主被动进行对接;如果完全实现 , 在轨飞行器可以任意相互对接 , 至少能极大地方便相互救援 。
异体同构的完美设想未能在世界航天工程中完全实现 , 但在对接机构的接纳和导向校正装置等方面得到了很好的局部应用 。 上一节提到的苏联对接机构定名APAS(Androgynous Peripheral Attachment System) , 可翻译为“雌雄同体/异体同构周边式对接系统” 。 苏联的设计师们将锥形导向的几何特征做成反对称的花瓣状结构 , 任意一对“花朵”面对面 , 它们的花瓣即可相互插合 。 第一代异体同构对接机构APAS-75应用于ASTP-75联盟-阿波罗对接项目 , 美苏双方按约定的尺寸规格做出了同样的外翻式导向瓣 , 并且配置了各自研制的缓冲阻尼装置 。 双方航天器互为主被动 , 成功实现了两次“太空握手” 。
这一设计有效统一了主/被动对接机构的主体结构设计 , 被各国研制者所接受 。 苏/俄的对接机构升级到了APAS-89和APAS-95 , 在缓冲装置上分主被动 , 但导向结构保持同构 , 至今仍在国际空间站服役 。 欧洲新研的自适应电磁式对接机构也采用了类似的导向瓣 。 我国的对接机构同样属于导向瓣内翻的异体同构周边式对接机构 。
苏/俄和美国很早就试图规范、统一对接机构标准 , 并且在与国际空间站参与国的多轮讨论之后制定了对接接口标准 。 但实际上这个标准对各国没有强制约束力 , 由于技术和非技术的原因 , 即使是俄美自己也没有遵照标准执行 。 加之对接机构研制和使用周期长 , 据不完全统计 , 仅在国际空间站上就有4种相互不具有兼容性的对接和停泊系统并存提供服务 , 包括美方的3对APAS-89、超过16对的CMB以及俄方的13个包含两种不兼容改型的“杆-锥”系统 。 比解决对接接口一致性更现实的一个做法是 , 对接谁的舱 , 就用谁家的对接机构 。 比如ESA研制的ATV货运飞船要对接俄罗斯的舱段 , 就直接采购、安装了俄制对接机构 。
对接机构的“天下大同”是理想 , 更理想的情况是根本就不需要对接机构 。 地上组装舱段时可以通过工装设备保证对接精度 , 直接拧螺钉就行 , 而天上则必须使用对接机构弥补空间交会偏差造成的装配精度不足 。 未来的交会控制精度足够高之后 , 对接机构可以直接演变为自动装配机构 , 实现更加高效的空间设施组装 。
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