嫦娥5号上升器已经顺利从月球表面起飞了 。 它要经过几次变轨 ， 才能逐渐和环绕器汇合 。 这次任务的重头戏就是在环绕月球轨道进行无人交会对接 。 这是我们以前没有做过的事情 ， 也是一次大的突破 。
最早的交会对接技术起源于美苏两国 。 双子座飞船和联盟号飞船都曾经实现过伴飞 ， 也就是两艘飞船尽量靠近 ， 进行编队飞行 。 这两个国家当时已经掌握了宇航员太空行走的技术 。 他们甚至想让两艘飞船通过太空行走来交换宇航员 。 但是到最后 ， 还是作罢了 。
接下来就是发展交会对接技术 。 双子座8号和阿金纳上面级首先完成了对接 。 阿金纳上面级是无人火箭 ， 双子座8号搭载了2名宇航员 。 虽然只是把火箭和飞船做了物理锁定 。 根本没办法让人从对接的地方钻过去 ， 但总归是一个创举 。
双子座8号和阿金纳上面级对接成功 ， 可惜后来控制不住姿态而不断翻滚
苏联人最开始实现飞船对接 ， 接口也是死的 ， 没办法走人 ， 只是起到了物理连接的作用 。 即便苏联人设计的登月舱 ， 中间也是不通的 ， 需要宇航员从飞船里爬出来 ， 进行太空行走 ， 然后爬进登月舱 。 这个过程很麻烦 ， 总设计师科罗廖夫也不愿意 ， 但是时间来不及 ， 只能先这么凑合着 。
后来 ， 苏联人为了和空间站对接 ， 美国人为了阿波罗飞船和登月舱对接 ， 不约而同发展出了插头插座的对接系统 。 飞船顶上是一根插头 。 空间站或者登月舱这边的接口是一个圆锥形的漏斗 。 只要慢慢调整飞船的姿态 ， 把插头捅进漏斗里插到底就算是万事大吉 。 随后插头被拉紧 ， 对接机构的圆环也就逐渐靠拢 ， 随后锁定在一起 ， 对接过程也就圆满完成 。 这时候 ， 只要拆下中间的漏斗和插头系统 ， 中间就是一个通道 ， 可以供人员往来 。
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美国阿波罗飞船的对接机构
苏联的这套对接机构也曾经出过故障 ， 联盟10号和礼炮1号空间站对接的时候 ， 硬是留下一道缝子没对齐 ， 对接没有到位 ， 自然是没办法开门 。 结果3个宇航员只能在门外睡了一宿 。 回家没带钥匙 ， 进不去门的糗事儿很多人都遇到过 ， 那种感觉真的让人抓狂 ， 他们后来灰头土脸地回了地球 。
后来美苏关系缓和 ， 开始开展合作 ， 要完成阿波罗飞船和联盟号的对接任务 。 苏联那时候已经研发出了一套周边对接机构 ， 美国人也跟着做了一套 。 这套机构比原来的插头插座的对接系统可好用多了 。 不用再分公母 ， 任意的飞船和航天器都可以对接 。 后来 ， 这种周边对接机构不断改进 ， 成了国际空间站的标配 。 大家普遍都愿意遵循这个标准 ， 我国的神舟飞船的接口也符合这个标准 。 不过国际空间站的还是保留了和联盟号对接用的插座 ， 可以和联盟号的插头相匹配 。 进步货运飞船其实就是联盟载人飞船的改进版 ， 也是用的同样的对接机构 。
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周边对接机构
美国人有航天飞机 ， 国际空间站全靠这个大卡车把一个个舱段运上太空 。 后来航天飞机退役了 ， 就只能靠联盟号在运人 ， 进步号来运货 ， 效率大不如前 。 美国的私营企业SpaceX研发了龙飞船 ， 不但能运货 ， 还能运人 。 经过一个漫长的空白期 ， 美国终于恢复了载人航天的能力 。 欧洲和日本没有载人的能力 ， 但是他们都分别研发了自己的货运飞船ATV和HTV 。
进步号货运飞船对接国际空间站
日本人1997年就专门发射了一颗试验卫星ETS-7来验证对接技术 。 这颗卫星分两部分 ， 体积大的那个叫牵牛星 ， 体积小的那个叫“织女星” ， 说到底还是“两口子” 。 牵牛星安装着一个机械臂 ， 这也是唯一的带有机械臂的卫星了 。 过去全靠飞船的精确操控 ， 而且对接的时候要非常轻柔 ， 振动要小 。 现在有了机械臂 ， 等对接飞船靠近了 ， 直接用机械臂抓住 ， 慢慢靠到对接口 ， 别提多方便了 。
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“牵牛星”和“织女星”对接
因为国际空间站就有一根机械臂 ， 所以日本在测试对接技术的时候 ， 针对的就是国际空间站 ， 欧洲人也参与了 ， 现在大家都很喜欢用机械臂来辅助对接 。 过去的联盟号是用微波来进行通讯和对接校准 ， 激光的精确度比微波更高一些 。 不过有了机械臂 ， 事情就简化了不少 ， 而且冲击力也很小 。 不仅如此 ， 有时候为了让出中间的对接口 ， 需要把飞船或者是某个舱段移到侧面去 ， 这就是机械臂大显身手的好机会了 。 传统的对接装置是没这个本事的 。 所以 ， 机械手几乎成了大型多舱段空间站必备的装置 。
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欧空局的ATV货运飞船
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国际空间站的机械臂抓住了日本的HTV货运飞船
不过 ， 以上的一切对接装置都不适用于嫦娥5号 。 为啥呢？因为太过复杂 ， 重量太大了 。 为了保证气密性和电路管路畅通 ， 对接环的结构很复杂 。 对于嫦娥5号的上升器和环绕器 ， 完全犯不上 。 毕竟航天器能轻一点是一点 ， 都是要一克一克计较的 。 这东西是无人的 ， 传递的只是土壤和岩石样本 ， 不需要考虑这么多乱七八糟的事儿 。 为此 ， 航天8院的工程师们专门设计了一个用于小型无人航天器的对接机构 ， 整个重量只有传统周边对接机构的1/15 ， 这可是独创的技术 。 因为其他国家还没有类似的需求 ， 他们没有考虑到小型的无人航天器居然也要玩儿交汇对接 。
嫦娥5号的抱抓对接机构
大家从画面上可以看得出 ， 上升器上有3根金属杆 ， 重量很轻 。 环绕器上的3个抱抓也很轻 ， 但是这已经足够拉紧两个航天器了 ， 结构就这么简单 。 对接的全部动作要在21秒内完成 ， 1秒捕获、10秒校正、10秒锁紧 。 为此工程师们做了35项故障预案 ， 全部采用自动控制 ， 地球和月亮之间的无线电通信有1秒多的延迟 ， 全靠地面操作根本来不及 ， 只能靠航天器的全自动交会对接 。
过去 ， 探测器降落在火星 ， 或者是欧罗巴这种大卫星上是根本不可能取样返回的 ， 只能就地检测 ， 局限性很大 。 俄罗斯的福布斯-土壤探测器设定的目标是登陆火星的两颗卫星之一的福布斯 ， 这个卫星长得就像是个歪瓜裂枣 ， 肯定是“后娘养的” 。
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火星和卫星福布斯
我们大致可以判断 ， 这两个小的不值一提的卫星肯定是火星没事儿捡了个漏 。 但是小有小的好处 ， 从福布斯上取样 ， 然后起飞返回相对比较容易 ， 不是一件做不到的事情 。 毕竟福布斯的引力非常的小 ， 很容易脱离 。
【空间站|嫦娥5号独创技术PK美日：以前没人这样干过】但是 ， 即便是崇尚暴力美学的俄国人 ， 也只敢在火星的卫星上打主意 ， 从不敢想从火星上取样返回 ， 因为代价太大了 。 现在 ， 有了在外星轨道的自动对接技术 ， 运载能力大大提高 。 从火星取样返回再也不是遥不可及的事情了 。 有了这套对接技术 ， 我们能玩儿出来的花样就非常多 ， 可以说是打开了一扇崭新的大门 。
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