2022年4月16日，神舟十三號(hào)飛船載著三名航天員順利返回東風(fēng)著陸場(chǎng)，完成了空間站驗(yàn)證階段全部任務(wù)目標(biāo)。按照計(jì)劃，天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船將轉(zhuǎn)移到天和核心艙前向?qū)涌冢?月份發(fā)射天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船，神舟十四號(hào)載人飛船將在6月發(fā)射，開(kāi)啟空間站在軌建造工作。
有朋友表示擔(dān)憂：咱們空間站有兩個(gè)月處于無(wú)人值守狀態(tài)，這么長(zhǎng)時(shí)間里會(huì)不會(huì)有“不速之客”偷偷進(jìn)入我們的空間站干壞事呀？
外國(guó)飛船偷偷對(duì)接天宮空間站？
這是個(gè)有意思的假設(shè)，不過(guò)你完全不必?fù)?dān)心，咱們的空間站是閑人免進(jìn)的。
目前全球能夠發(fā)射載人飛船的只有三個(gè)國(guó)家：俄羅斯、美國(guó)和中國(guó)。如果有外人造訪，嫌疑人只有俄美兩家，俄羅斯沒(méi)能力，美國(guó)宇航員進(jìn)不了門。下面我來(lái)講一講原因。
進(jìn)入中國(guó)空間站的第一個(gè)條件就是要“共軌”——保持相同的軌道高度和傾角。國(guó)際空間站傾角是51.64°，天宮空間站則在傾角為41.58°的軌道上運(yùn)行，二者的軌道傾角不同，如果一艘飛船要想從國(guó)際空間站飛到中國(guó)空間站，幾乎是一項(xiàng)不可完成的任務(wù)。
兩個(gè)空間站軌道傾角不同
有朋友說(shuō)，在兩個(gè)空間站即將交會(huì)時(shí)，把飛船軌道向下調(diào)整幾十公里，不就可以到達(dá)中國(guó)空間站了嗎？你可能忽略了兩個(gè)空間站之間的相對(duì)速度。
空間站的軌道速度都在7.67公里/秒左右，當(dāng)載人飛船從國(guó)際空間站脫離也差不多是這個(gè)速度。由于兩個(gè)空間站的軌道傾角相差了10°，當(dāng)飛船與中國(guó)空間站相遇時(shí)，它們的相對(duì)速度達(dá)到1.4公里/秒，是“復(fù)興號(hào)”高鐵列車（時(shí)速350公里）的14倍！
飛船比高鐵快許多倍
以如此快的速度與空間站對(duì)接是不可想象的，兩個(gè)航天器高速相遇的結(jié)果只會(huì)是粉身碎骨。當(dāng)神舟飛船接近天和核心艙時(shí)，它們的相對(duì)速度以“厘米/秒”計(jì)。為了能夠安全接近天宮空間站，“訪客”需要開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行側(cè)向軌道機(jī)動(dòng)，提前將1.4公里/秒的相對(duì)速度減下來(lái)，從而最終與天宮同步。
飛船有足夠燃料來(lái)改變速度嗎？俄羅斯“聯(lián)盟號(hào)”載人飛船大約能裝800千克推進(jìn)劑，即使全部燒完也只能提供不到0.4公里/秒的速度變量，完全無(wú)法與天宮空間站操持同步，美國(guó)“載人龍”飛船更做不到。
神舟飛船緩慢靠近空間站
天宮空間站在395公里高度環(huán)繞地球飛行，繞地球轉(zhuǎn)一圈用時(shí)92.1分鐘；國(guó)際空間站軌道高度為418公里，轉(zhuǎn)一圈92.9分鐘。當(dāng)天宮飛到太平洋上空時(shí)，國(guó)際空間站卻在地球另一邊的大西洋上空，所以絕大多數(shù)時(shí)間里彼此“井水不犯河水”，甚至永遠(yuǎn)都不會(huì)看見(jiàn)彼此，因此飛船沒(méi)辦法從國(guó)際空間站機(jī)動(dòng)到中國(guó)空間站。
不經(jīng)過(guò)國(guó)際空間站，俄美從地面發(fā)射的飛船能夠與中國(guó)空間站對(duì)接嗎？很遺憾，也不行。
俄羅斯拜科努爾發(fā)射中心位于北緯45.6°，東方發(fā)射場(chǎng)位于北緯51.5°，從這里發(fā)射的航天器的軌道角都大于41.5°，需要額外消耗大量燃料才能做到與天宮空間站共軌，至少目前它的火箭和飛船做不到。
美國(guó)和歐洲航天發(fā)射場(chǎng)的緯度較低，理論上可以向中國(guó)空間站發(fā)射飛船。然而“共軌”僅僅是對(duì)接的第一個(gè)條件，他們的對(duì)接機(jī)構(gòu)還要與我們配套才行。
天舟飛船與空間站對(duì)接
俄羅斯采用了“桿-錐”式對(duì)接，對(duì)接機(jī)構(gòu)分為“一公一母”，飛船的艙口裝了一根長(zhǎng)長(zhǎng)的可伸縮的金屬桿，空間站對(duì)接艙口則對(duì)應(yīng)設(shè)置了一個(gè)喇叭形的洞。
當(dāng)“聯(lián)盟號(hào)”載人飛船或“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船接近空間站時(shí)，對(duì)接機(jī)構(gòu)前端的對(duì)接桿會(huì)伸出，插入空間站對(duì)接裝置喇叭口的底端，這樣做的好處是飛船不需要非常精確，只要金屬桿接觸到錐形口的內(nèi)壁，慣性作用就能讓其前端滑入到中心底部并被捕獲。之后金屬桿回縮，將兩個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)拉緊并鎖緊，完成對(duì)接。
俄羅斯飛船“桿-錐”式對(duì)接機(jī)構(gòu)
俄羅斯對(duì)接機(jī)構(gòu)與天宮空間站差別很大，因此它的飛船不可能與中國(guó)空間站進(jìn)行對(duì)接。相比之下，美國(guó)“載人龍”飛船跟神舟飛船的對(duì)接口非常像，它們都采用了“異體同構(gòu)周邊”式對(duì)接機(jī)構(gòu)，大家的艙口直徑也都是80厘米，“太空”網(wǎng)站甚至稱中國(guó)神舟飛船能直接與國(guó)際空間站對(duì)接，因?yàn)樗安捎昧藝?guó)際對(duì)接系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)（IDSS）”。
國(guó)際對(duì)接系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)文件是公開(kāi)的
我們仔細(xì)對(duì)比神舟飛船與國(guó)際空間站APAS-89/95標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)接口機(jī)構(gòu)，可以找到許多相似之處，甚至連鎖緊裝置的角度與位置都幾乎一樣，看樣子我們的空間站對(duì)接系統(tǒng)的確是借鑒了IDSS標(biāo)準(zhǔn)中的某些東西。
神舟飛船對(duì)接口與APAS-89/95對(duì)比
但僅憑對(duì)接環(huán)外形相同就判定神舟飛船可以無(wú)阻礙地對(duì)接國(guó)際空間站，或者擔(dān)心中國(guó)空間站在未經(jīng)允許的情況下被別人的飛船“入侵”，就顯得有些杞人憂天。因?yàn)閷?duì)接并不僅僅是機(jī)械捕獲，它還涉及復(fù)雜的電氣連接。
中國(guó)空間站采用了與國(guó)際空間站不同的瞄準(zhǔn)方式，這是對(duì)接成功的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，無(wú)論是宇航員手動(dòng)操作還是交給計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成交會(huì)對(duì)接，都需要兩個(gè)航天器通過(guò)傳感器建立起相互之間的聯(lián)系。距離較遠(yuǎn)時(shí)，航天器通過(guò)導(dǎo)航衛(wèi)星和地面跟蹤數(shù)據(jù)測(cè)量彼此的速度與距離，較近時(shí)利用微波交會(huì)雷達(dá)系統(tǒng)、激光對(duì)接雷達(dá)系統(tǒng)和光學(xué)對(duì)接攝像系統(tǒng)才能最終完成對(duì)接。
聯(lián)盟飛船顯示不斷變化的對(duì)接參數(shù)
外國(guó)飛船與中國(guó)空間站之間系統(tǒng)不兼容、對(duì)接系統(tǒng)電氣接口不統(tǒng)一，它即便是冒險(xiǎn)接近了天和核心艙，也沒(méi)辦法瞄準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)艙的對(duì)接口，更不用說(shuō)完成對(duì)接機(jī)構(gòu)的鎖緊與密封了。
飛船與空間站對(duì)接鎖緊之后需要先檢查氣密性，確保對(duì)接環(huán)不漏氣，一旦飛船失壓，宇航員就會(huì)有生命危險(xiǎn)。天宮空間站即便處于無(wú)人值守狀態(tài)，它內(nèi)部依然保持著1個(gè)大氣壓，作用在艙蓋上的壓力超過(guò)5噸，如果在對(duì)接之后未完成鎖緊加壓，沒(méi)有人能打開(kāi)空間站的承壓艙門。
翟志剛打開(kāi)天宮承壓艙門
現(xiàn)在簡(jiǎn)單做一個(gè)回顧：
我們不需要擔(dān)心天宮空間站在無(wú)人值守期間被非法闖入，外國(guó)飛船想從國(guó)際空間站飛到中國(guó)空間站是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)；空間站里沒(méi)人不代表不受地面控制，加之系統(tǒng)不兼容，外國(guó)發(fā)射飛船接近天宮空間站也很難在節(jié)點(diǎn)艙?？?；中國(guó)空間站與國(guó)際空間站對(duì)接口相似，但電氣控制系統(tǒng)不相同，外國(guó)飛船也不可能執(zhí)行鎖緊密封等關(guān)鍵操作，自然也就無(wú)法打開(kāi)天宮的艙門。
退一萬(wàn)步講，即便是偷摸進(jìn)了天宮，他們也學(xué)會(huì)中文了嗎？
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