美国东部时间2005年4月15日，美国国家航空航天局（NASA）从加利福尼亚州的范登堡空军基地成功地发射了自主交会技术验证（Demonstration of Autonomous Rendezvous Technology）飞行器。该飞行器（DART）将在没有任何地面人员控制或航天员帮助的条件下，对未来美国航天器接近其他航天器进行复杂机动时所需的传感器、推进系统及软件进行试验,这将为人类探索太空迈出全新的一步。

技术设计

美国轨道科学公司的自主交会技术验证（DART）计划是在美国国家航空航天局（NASA）的"航天发射倡议"（SLI）（目的是研制第二代可重复使用运载器）下进行的，用以为NASA第二代可重复使用运载器提供交会领域所需的关键技术。作为研制计划的一部分，轨道科学公司使用由马歇尔航天中心制造的交会传感器，并对其加以改进，该传感器已在STS-87和STS-95航天飞行任务中成功地得到验证。同时还使用马歇尔航天中心开发的飞行软件代码进行自主交会和接近操作控制。

DART是一个长约1.8米、直径0.9米的圆柱形航天器。包括肼和氮燃料在内，飞行器重约360千克，整个项目耗资1.1亿美元。圆柱形的第四级"飞马座"火箭附着在一个稍窄的圆柱形结构上，这个碳化纤维的结构支撑着DART的实验制导传感器和推进系统。第四级火箭在整个任务中始终保持与DART结构相连，两者可视作为一个航天器。

第四级火箭包含一个飞行计算机。它将使用轨道公司编写的11万行软件代码进行实验。第四级火箭还使用了肼推进器，试验开始后，推进器将DART推离约480千米的停泊轨道，飞向名为"MUBLCOM"（multipath beyond-line-of-sight communications，多路径超视距通信）的一颗退役军事卫星。试验结束时，第四级火箭将把DART送回地球，以致它不会成为危险的太空碎片。根据要求，它必须重返大气并在25年内烧毁。

"飞马座"第四级的直径比DART的结构宽。两个反向锥形环连接两个直径不同的圆柱体。其中一个环构成连接两个圆柱体的锥形颈口；另一个环安置在火箭内部，将DART结构与第四级火箭的燃料箱连接。

演示过程

DART飞行器和火箭一起，被安置在一架名为"望星者" (Stargazer) L - 1011型飞行发射台的机腹；在L-1011进入跑道的同时，技术人员将把最后一套MUBLCOM卫星的GPS坐标加载至DART飞行计算机上。在发射10分钟后，飞行发射台把火箭和DART飞行器带到12千米的高度，然后火箭发射再把飞行器送上地球上空约480千米的轨道，但该轨道仍低于目标卫星的轨道。一旦其导航系统完成核对工作，DART飞行器将启动第四级火箭，使其自身再升高270千米，开始对目标卫星进行尾随追踪。

当DART进入约760千米高的MUBLCOM轨道时，大部分行程将依赖于最后MUBLCOM的GPS读数。当大约在MUBLCOM的后方40千米、下方7.5千米处，DART将启动与MUBLCOM链接的天对天超高频（space-to-space UHF）链路，以更新GPS的定位信息。

在1000米的范围时，DART将启动一个名为"高级视频指导传感器" （Advanced Video Guidance Sensor，简称AVGS）的实验眼。AVGS是由轨道公司基于视频制导传感器的原型机研发而成的。马歇尔航天中心的软件专家为新的AVGS编写了13000行计算机代码。

AVGS反射MUBLCOM的低能激光，以计算航天器的相对距离和高度。DART的飞行计算机将把GPS和AVGS的读数互作比较，以选出最佳方案。在500米到300米之间的距离，将依靠AVGS的结果为DART制导。在300米以内的范围时，AVGS的重要性将超出所有的其它传感器，但该传感器不产生传统的图像或视频，它跟踪光点。AVGS内的软件利用视频计算距离和高度，然后飞行计算机将信息转化为执行命令。

MUBLCOM具有两套三个激光反射器，一套远程反射器用于当DART相对MUBLCOM距离较远时，一套短程反射器在当DART靠得太近以至三个远程反射器不在可视范围内时使用。转换点随机动而变化，但通常是DART距MUBLCOM数米远。DART上单独的摄影机将把视频图像近实时地传回地面，由此管理人员可以在范登堡的控制室中监控任务。DART的飞行计算机将使用AVGS信息指挥DART的接近操作控制系统（Proximity Operations Control System）。该系统有16个冷气氮助推器以四组分布在DART的尾部、前部、右舷和左舷。

DART将在MUBLCOM后沿着其轨道路径机动15米的距离，相对于MUBLCOM静止不动约1.5小时，以验证AVGS在全轨道光线变化的情况下跟踪目标的能力。然后，DART将运动到另一个定点，指向MUBLCOM并保持在5米的距离。之后，DART将后退100米，再接近MUBLCOM进行一次模拟防撞机动，接着，它将慢慢远离DART，以确定AVGS跟踪的最大视线范围。一旦AVGS丢失跟踪目标，DART将从下面返回到一系列新的机动范围之内。这些机动将沿着垂直于地球的轨迹进行。

随着DART下落至1千米，环绕MUBLCOM飞行75分钟或四分之三轨道时，DART将重复开始的机动直到内部时钟显示应当离开。第四级点燃肼发动机把DART送入大气层，任务也随之结束。

发射历程

DART最早定于2004年10月26日进行发射，但因MUBLCOM的GPS问题被取消。在航天器发射之前，MUBLCOM必须向DART工程师报告其在太空中的位置，以输入DART的计算机。10月28日，第二次发射也被取消，因为发射清理小组成员发现，火箭整流罩内的铝箔剥落。任务日期被重新定为不早于2004年11月4日。

但在11月份该项任务被推迟进行，轨道科学公司的DART和"飞马座"（Pegasus）运载火箭的主承包商通知美国国家航空航天局，有新数据表明DART的飞行可能比预期的更加困难。NASA马歇尔航天中心DART项目负责人通过进行新硬件试验，使该问题得以解决，试验表明DART任务可以在更困难的条件下完成。在2004年11月9日计划发射前几天，测试发现，"飞马座"第二级的晃动比之前所想的更加严重。轨道公司的"飞马"工作小组收到了关于另一枚运载火箭的数据，该火箭使用的Orion固体火箭发动机与DART的第二级相似。而该火箭的发射结果表明，载荷可能比预测的要大很多。

重要意义

在俄罗斯较早地掌握了无人驾驶飞船的自动对接技术的情况下，美国国家航空航天局很早也认识到，需要一艘能够自动导引对接和停靠的机器人飞行器。早在上世纪80年代和90年代，NASA就成功地试验了一台可寻获带有特殊反射器目标卫星的激光传感器。1999年，轨道科学公司在一颗试验通信卫星上放置了多台反射器，这些为DART飞行器计划的实施奠定了基础。2003年"哥伦比亚"号航天飞机失事后，美国国家航空航天局加速了DART飞行器的开发进程。该计划是NASA探索系统任务局为实现迈向月球和火星等太空探索目标进行技术开发所选定的第一项演示验证计划，也是美国太空计划中实现自主交会能力方面的重要一步。这对于人类深空任务和运转在地球轨道上的军事卫星有着重要的意义。

该技术可实现美国航天器之间的全自动对接。由于将通信信号发送至数百万千米远的太空需要花费时间，因此，自主性在深空探测任务中将是必不可少的。时间的延迟使地面控制人员无法精确地控制远距离的对接或交会，而DART计划开发出的技术将有助于美国未来航天系统要求在空间内进行组装、服务或进行其它自主交会操作的发展，为今后的载人与非载人的空间维修项目打下结实的基础。同时，该技术还可使美国防部对敌方卫星进行近距离侦察。今后，美国国防部和NASA联合计划的"轨道快车"，将研发能为地球轨道卫星在轨添加燃料和进行修理的自动飞行器。它将采用DART飞行器的AVGS技术，作为其主要逼近的导航和位置固定系统，为未来修理"哈勃"太空望远镜以及宇宙探索创造更好的条件。（肖建军 中国国防科技信息中心）