宇宙飛船與空間站對接原理,航天飛船與空間站對接原理

大家是否聽說過《八十天環游地球》這本書呢？書的開頭，是兩個主人公在計劃一個80天環游地球的旅程路線。如果書中的這兩主人公現在還活著的話，那么，他們在一天內就能實現環游地球15.54次。因此，80天的時間，他們完全可以環游世界1243.2次。

我認輸了

不好意思閃電俠

也許你會問，他們該怎么做才能實現呢？他們需要做的，就是埋頭苦讀至少二十年，取得優異的成績，進入像NASA一樣的頂級科研機構，開始遙遙無期的訓練，最終乘坐火箭，在國際空間站以每小時27724公里的速度繞地飛行時，朝它飛去，將火箭和空間站進行對接，然后，舒舒服服地呆在空間站內，以這個速度繞地球飛行80天。

快停下來??！

無論這些聽起來有多么不可思議，我們已經向國際空間站發送了102個無人飛行器，有一個正在途中；同時，85個載人航天組被分配執行不同的任務，一個已經與國際空間站對接成功，并且，還計劃著利用國際空間站來發展太空旅行！

連貓也能太空度假了

國際空間站飛行的動力是什么？它是如何達到這樣快的速度的？

空間站能夠以每小時17000英里的速度運行，而地球上飛機的時速只有每小時1600英里，這個數據的對比看似非常驚人。這是因為，對于地球上的飛機來說，穿過地球大氣，面對持續的空氣阻力，它需要消耗燃油來提供飛行動力，而對一個空間站來說，它是在近地軌道上，受地球引力的影響而移動，它的運動依靠的只是軌道力學，因此，空間站的飛行速度遠大于地球上的飛機。

國際空間站沿近地軌道移動

由于太空中沒有空氣阻力，參照牛頓第一定律（任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態，直到外力迫使它改變運動狀態為止），空間站在引力的影響下，并不需要其他的力去維持它的運動。對于空間站來說，只有當它在必須要克服引力，來改變運行軌道的情況下時，才需使用燃料。由此可見，為了使空間站保持在一個特定的高度，它必須在地球磁場的影響下運動。

國際空間站在它的軌道內繞地球飛行

在高速飛行下，國際空間站將如何實現與火箭、宇宙飛船或其他模件的對接？

火箭是如何與持續運動中的空間站相接的？

空間站的速度取決于引力，引力又取決于空間站和地球的質量，以及空間站和地球間的距離。很明顯，空間站的質量遠遠小于地球。因此，決定空間站質量的主要因素，是他們間的距離，也就是空間站距離地球表面的高度。任何火箭或是宇宙飛船在要與國際空間站進行對接時，首先要達到與空間站相同的高度，同時，達到與空間站運行一致的速度。所以，即便對接過程紛繁復雜，但是還是能夠實現的，因為他們的相對速度不至于相差甚遠。

我們可以做到?。?！

事實上，這個過程并不容易的。首先，飛到空間站的高度（據地表約220英里）需要花費兩天的時間；隨后，飛行器會在空間站的下方繼續跟隨他，當它們接近時，飛行器會“翻一個筋斗”！“翻筋斗”看起來非?？釋Σ粚?？但是，當這是在冒著1000億美元的風險進行的時候，它這么做可就不是為了看起來很酷了！

2017年5月，SpaceX龍飛船與國際空間站進行對接（圖源：NASA)

正是因為飛行器“翻了個筋斗”，空間站的宇航員才有機會拍下400張左右飛行器最脆弱部位的照片，發送到NASA（美國國家航空航天局），以進行裂縫和坑洞的檢查。如果問我這是不是很酷的話，我還是會說，是的！

可是，當進行對接時，人類是如何在那樣的速度下存活的？

當一輛汽車飛馳時，你可以感受到它的移動，（假設你坐在的車內）因為把周圍的環境當作參照物時，汽車的相對速度非?？?。但是，當地球以每小時1600公里的速度自轉或每小時108000公里的公轉時，你卻感受不到。這是因為你也在隨之運動，你和地球的相對速度為零。同樣的道理，對于那些要與國際空間站對接的飛行器來說，它們需要達到每小時27724公里的速度，這時它們和空間站的相對速度為零，所以，他們是感受不到的。

距離第一次與國際空間站的對接，已經過去19年了，如今，在經過了與多個無論是載人還是無人飛行器的對接后，國際空間站已經成為了近地軌道上最大的人造的物體，并且用肉眼就能直接觀察得到。雖然，我們能看到的只是一條移動的光線，但那也非常不錯了！

從地球上看到的國際空間站（圖源：Flickr）

國際空間站的大小為109米*73米，只比一個橄欖球場稍微大一點。它的質量為450噸，相當于450輛中等大小的汽車的質量之和。5月14日，一個航天飛行器剛剛啟程，向國際空間站運送一個新的科學模件。到目前為止，國際空間站的完成度約為98%。

國際空間站，截至2017年，完成度約為98%（圖源：NASA/Crew of STS-132/Wikimedia Commons)

浩瀚的宇宙中還存在著太多的未知，也許多到讓我們百思不得其解。即便如此，回顧我們已經取得的成就，也是非常值得高興的。如果你想看一看國際空間站，那就抬起頭，看一看你所在地方的天空中，空間站有可能經過的區域。每隔幾天，國際空間站都會有1-2分鐘裸眼可見的時間。

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作者: Wise Calvin

FY: ZW天權

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