聊一聊俄罗斯飞船刚完成、天舟一号将要挑战的“快速交会对接”
导读
北京时间7月28日23时41分，俄罗斯“联盟MS-05”载人飞船从拜科努尔航天中心发生升空。联盟号MS-05飞船升空6小时多后，即北京时间7月29日5时54分与国际空间站完成对接，将3名宇航员成功送入空间站。
这次对接，采用的是俄罗斯非常擅长的快速交会对接技术。6小时，有网友接地气地形容为从北京坐高铁去一趟上海的时间。
有人说，全世界只有俄罗斯人能够完成快速交会对接，连“硅谷钢铁侠”马斯克也还做不到，SpaceX的龙飞船上一次飞往空间站花费了41个小时。
这是真的吗？快速交会对接究竟有多难？载人航天初期，快速对接才是常态？
另外，我国天舟一号货运飞船预计将于今年9月底与天宫二号开展自主快速交会对接技术验证，非常值得期待。
今天，就来聊聊飞船的自主快速交会对接。
快速交会对接目前只有俄罗斯的进步号货运飞船和联盟号载人飞船使用，美国、欧空局和日本的货运飞船，以及我国的神舟载人飞船的交会时间都较长。不过快速交会对接并非21世纪出现的新生事物，在美苏航天竞赛的火热年代里，快速交会对接曾屡见不鲜。
双子星11飞船UTC14时42分发射，16时16分对接成功，用时仅为94分钟
1966年9月12日，美国双子星-11号飞船发射后仅用94分钟就和阿金纳上面级进行了对接，这一载人快速交会对接的时间记录保持至今。前苏联1968年10月26日的联盟-3号载人飞船飞行第一圈就和联盟-2号无人飞船自动交会到200米距离上，遗憾的是手动对接连续失败，没能打破美国载人飞船的快速交会对接记录，不过要说交会的话，联盟-3号其实已经创造了新纪录。
无人飞船的快速交会对接记录，则是前苏联人创造的，1968年4月15日宇宙-213和前一天发射的宇宙-212飞船进行快速交会对接试验，宇宙-213飞船在发射后46分钟就实现了对接。
苏联在礼炮空间站阶段，载人飞船从发射到对接的时间一般都在12-15小时左右
前苏联人虽然输掉载人登月竞赛，但载人空间站发展上独树一帜。鲜为人知的是，从礼炮一号空间站任务开始，前苏联基本都使用快速交会对接模式，其中除了联盟-31和联盟T-13号这两次交会对接时间大约50小时外，其他任务基本是发射后12到15小时就完成对接，按现在的标准也都算得上快速对接了。
天空实验室-3任务中，阿波罗飞船对接天空实验室用时8个半小时，时间和现在的快速对接任务相似
美国在空间站任务中也使用了快速对接飞行模式，而且和现在俄国使用的快速交会对接更接近，天空实验室-3和天空实验室-4号两次任务中，阿波罗飞船分别在发射后约8小时26分和约7小时54分和天空实验室完成对接，即使是第一次任务天空实验室-2，阿波罗飞船发射到对接天空实验室的时间约20小时56分，仍然相对较短。
快速交会对接模式在载人航天发展初期曾风行一时，但不久后却偃旗息鼓。从和平号空间站任务开始，前苏联使用“慢速”交会对接模式，从发射到对接需要约50小时，而美国航天飞机任务以及其后的货运飞船同样是慢速交会对接，中国的神舟载人飞船也不免俗。到底发生了什么事情，让快速交会对接退出航天舞台呢？
首先要考虑的是这项技术的实现难度。快速交会对接的任务时间短，尤其是现在俄罗斯的快速交会对接一般只进行4圈飞行就完成，这对运载火箭和飞船的入轨和控制精度要求更高，一旦控制失误出现较大的轨道偏差，需要消耗更多的推进剂来弥补；另外，快速交会对接意味着飞船和空间站的相位角小得多，这对发射窗口带来了更多的限制，提高了轨道调整和交会策略的设计难度；快速交会对接不仅要求飞船可靠性高，还需要测控具备快速定轨能力，保证轨道调整的速度和精度。简而言之，就是快速交会对接要求比两天时间的慢速交会对接高多了，如果没有足够迫切的需求，何必舍易就难呢？
虽然技术上难度高一些，但是载人航天初期就能实现并且长期应用的快速交会对接模式，又怎么会高不可攀呢？快速交会对接曾经偃旗息鼓，更重要的原因恰恰是当时环境下认为弊大于利。
苏联航天员格尔曼·季托夫是第二个上太空的人，他身上最早出现航天运动病的症状，这一适应性病症也是选择慢速对接的重要原因
说到这里我们不得不提一下著名的航天运动病，这是快速对接最大的拦路虎。航天员进入太空处于失重环境后，约1/3的比例的人会出现航天运动病，表现在航天员出现恶心呕吐和出冷汗等身体不适的症状，有的也会出现头晕以及感觉错位等错觉。航天运动病快的发射后一个小时内就发病，症状消退一般在30-48小时后，彻底适应一般要5-7天，运动病最严重的时候恰恰是发射后8-12小时。
飞船和空间站的交会对接如果需要手动控制或是以手动作为备份，那么发射两天后对接是更合适的选择，这时航天员运动病消退，不会影响手动交会对接的准确度，如果采用全自动交会对接模式并对自动设备有信心，那么快速交会对接更好一些。
前苏联在和平号空间站后也改用两天的慢速交会对接模式，直到2012年8月1日进步M-16M飞船任务，才首次重新测试快速交会对接模式。
发射两天后对接的慢速交会对接模式，降低了对地面测控速度以及飞船控制精度的要求，尽量减轻了航天运动病带来的消极影响，不过慢速对接远不是完美的选择。
联盟号飞船内部空间太小，2天的慢速对接对专业航天员都是一种煎熬，何况太空游客呢
以联盟号载人飞船为例，返回舱自由活动空间只有0.5立方米，航天员在这样狭小的船舱内生活约50个小时，舒适性实在太差了，即使各国载人航天任务是政府出钱官方选拔，航天员大半来自军队尤其是飞行员，航天员仍然对此苦不堪言。航天轨道旅游出现后，让那些出资几千万美元上天的富翁们在狭小的空间内蜗居，更是有些强人所难。
快速对接方式飞船一般4圈/6.5小时即可对接到目标飞行器
俄罗斯先使用进步号货运飞船进行了快速交会对接的飞行试验，随后使用联盟号载人飞船进行试验，现在快速交会对接已经成为联盟号飞船的首选飞行模式，俄罗斯的快速交会对接一般是4圈/6.5小时飞行时间。
快速交会对接好处不少，从体验上说最主要的是缩短了航天员在狭小的船舱内的等待时间，相比约50小时的漫长等待，6个多小时的时间就要轻松多了，航天员早点进入更宽敞舒适的空间站舱段，对于缓解航天运动病的影响也是有好处的。
快速交会对接还有利于保证航天员生命安全，载人飞船在太空中独立飞行时间越长，越可能遇到各种不可预测的风险，尤其是轨道上的空间碎片。发射到对接的时间缩短到6个多小时，发生意外的可能性就降低了，相当于提高了安全系数。
快速交会对接还有一个好处，由于飞行变轨次数少而精确，快速交会模式下飞船消耗的推进剂更少，据说联盟号飞船使用快速交会对接模式后节省了约25千克的推进剂，这相当于增强了飞船机动能力和变轨的余量。
最后，载人和货运飞船的快速交会对接模式还有一个立竿见影的好处，由于独立飞行的时间缩短了，可以把时间敏感性的载荷和物资及时运送到空间站上，这对上行运输保存时间短的生物材料是十分重要的。
天舟一号作为我国第一艘货运飞船，最主要的任务是完成推进剂在轨补加验证。整个飞行任务过程中，天舟一号飞船将与天宫二号空间实验室实现三次对接，其中第三次将是自主快速交会对接试验，时间预计将安排在9月底。
目前中国载人航天办公室尚未公开天舟一号自主快速交会对接的方案，但4月28日举行的空间实验室飞行任务有关情况发布会上，载人航天工程办公室主任王兆耀表示：天舟一号的自主快速交会对接技术将实现对接时间从常规的2天缩短至6.5个小时。自主快速交会对接试验技术难度大，但可以大大提高我们的工作效率。
天舟和神舟飞船传统使用近两天时间的慢速对接，但天舟一号将试验快速对接
天舟一号飞船于今年4月20日晚发射入轨，顺利执行了交会对接、推进剂在轨加注、绕飞对接等任务。6月21日天舟一号与天宫二号分离，目前独立飞行于高度约390公里的近圆轨道上，继续开展空间应用和航天技术等领域的多项实（试）验。
快速对接的关键是快速调整相位角，这对测控提出了更高的要求。接近后对接反而和慢速对接毫无区别
快速交会对接过程中最主要的难度是天舟一号飞船要快速变轨在4圈飞行中飞近天宫二号空间实验室，由此推测天舟一号飞船未来应该是机动变轨进入200千米X400千米（393千米）的轨道模拟刚刚入轨的飞船，然后快速调整相位角和轨道高度，围绕地球飞行4圈内进入交会对接天宫二号空间实验室的5公里停泊点，完成最关键的快速交会过程。至于后续对接过程，首次对接时央视报道中科研人员已经提到，天舟一号飞船的快速交会对接，难点在于快速交会接近目标飞行器，进入近距离停泊点后的对接过程和传统慢速对接并无区别。