货运龙飞船离开国际空间站。来源：NASA
3、对接动力学相关问题
怎样保证飞船不把空间站掀翻了？
前面说到了，对接将产生撞击能量。除了航天器上的缓冲、耗能装置，空间站工程还有几项设计与这一问题相关。
第一，主动对接机构上配置的缓冲阻尼系统在对接撞击过程中隔离了两个飞行器本身，实际起到的效果相当于以这套系统的等效动力学特性（而不是整个飞行器的特性）去撞击目标。因此，通过对这套系统的动力学参数设计，可对不同的对接目标及各种对接初始条件进行适应。
第二，为了不干扰缓冲阻尼过程，对接后两航天器均要停止姿态控制，组合体处于自由漂移状态。此时缓冲系统不再有能量输入，只需将对接撞击能量消耗即可。
第三，对接动力学较难处理的一个问题是偏心条件下的对接，此时需要对接机构有承受较大偏心翻转载荷并吸收该方向输入能量的能力。在美国航天飞机与苏联和平号空间站对接的合作项目中，航天飞机的对接口设置在背部，远离质心，加上飞机巨大的质量，当时已有的对接机构无法在此条件下完成对接。为此，苏联专门研制了APAS-89对接机构，第一次采用了导向瓣內翻布局以扩大主结构尺寸、提高承载能力，并在缓冲系统中串联了电磁阻尼器；美国方面也修改了控制方案，对接接触后用航天飞机头尾的平移发动机配合执行喷气脉冲，以部分抵消翻转力矩。在双方的技术配合下，航天飞机与和平号多次对接成功。
偏心工况在径向对接中是常见的。我国神舟十三号飞船径向对接中，空间站组合体在姿态停控期间的自由漂移偏转角度远大于之前历次轴向对接的漂移转角，也是这个原因。
和平号空间站上的APAS-89对接机构及和平号-航天飞机对接。来源：NASA
4、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。1970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。
异体同构概念示意
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內翻的异体同构周边式对接机构。
联盟-阿波罗对接任务中的异体同构对接机构。来源：Mir Hardware Heritage
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。
