Il docking e berthing di un veicolo spaziale è l'unione di due veicoli spaziali che può essere temporanea o semipermanente, come per i moduli delle stazioni spaziali.

Per docking si intende specificamente l'unione di due veicoli spaziali separati in volo libero. Con berthing si riferisce alle operazioni di unione in cui un modulo/veicolo inattivo viene posizionato nell'interfaccia di unione di un altro veicolo spaziale utilizzando un braccio robotico, come il Canadarm2. Poiché il moderno processo di unberthing richiede più lavoro da parte dell'equipaggio e richiede molto tempo, le operazioni di berthing non sono adatte per una rapida evacuazione dell'equipaggio in caso di emergenza per i veicoli con equipaggio.

Storia Docking

La capacità di docking dei veicoli spaziali dipende dal rendezvous, dalla capacità di due veicoli spaziali di trovarsi a vicenda e dal riuscire a rimanere nella stessa orbita. Questo è stato sviluppato per la prima volta dagli Stati Uniti durante il Progetto Gemini. Era stato pianificato che l'equipaggio del Gemini 6 si incontrasse e eseguisse un docking manualmente sotto il comando di Wally Schirra, con un Agena Target Vehicle senza equipaggio nell'ottobre 1965, ma il veicolo Agena esplose durante il lancio. Nella missione modificata Gemini 6, Schirra eseguì con successo un rendezvous nel dicembre 1965 con il Gemini 7 con equipaggio a bordo, avvicinandosi fino a 0,3 metri, ma senza eseguire un docking tra i due veicoli spaziali Gemini. Il primo docking con un Agena fu eseguito con successo sotto il comando di Neil Armstrong in Gemini 8 il 16 marzo 1966. Dei docking manuali furono eseguiti in tre successive missioni Gemini nel 1966.

Il programma Apollo dipendeva da un rendezvous in orbita lunare per raggiungere il suo obiettivo di far sbarcare gli uomini sulla Luna. Ciò ha richiesto prima una manovra di Transposition, docking, and extraction tra il Modulo di comando e servizio Apollo (CSM) e il lander Modulo lunare Apollo (LEM), brevemente dopo che entrambe le navicelle raggiunsero l'orbita terrestre su una traiettoria verso la Luna. Quindi, dopo aver completato la fase di allunaggio, i due astronauti nel LEM hanno dovuto eseguire un rendezvous e docking al CSM in orbita lunare, per poter tornare sulla Terra. I veicoli spaziali sono stati progettati per consentire il trasferimento dell'equipaggio all'interno del veicolo attraverso un tunnel tra la parte anteriore del Modulo di comando e il tetto del Modulo lunare. Queste manovre furono dimostrate per la prima volta in orbita terrestre bassa il 7 marzo 1969, su Apollo 9, poi in orbita lunare nel maggio 1969 su Apollo 10, quindi in sei missioni di allunaggio, come così come su Apollo 13 dove il LEM fu utilizzato come veicolo di salvataggio invece di effettuare un allunaggio.

A differenza degli Stati Uniti, che utilizzarono il docking pilotato manualmente durante i programmi Apollo, Skylab e Space Shuttle, l'Unione Sovietica impiegò sistemi di docking automatizzati fin dai suoi primi tentativi di docking. Il primo di questi sistemi, Igla, fu testato con successo il 30 ottobre 1967 quando due veicoli Sojuz senza equipaggio, i veicoli Cosmos 186 e Cosmos 188, eseguirono automaticamente un docking tra loro in orbita. Questo fu il primo docking sovietico riuscito. Procedendo ai docking con equipaggio, l'Unione Sovietica eseguì per la prima volta il rendezvous della Sojuz 3 con la Sojuz 2 senza equipaggio il 25 ottobre 1968; il tentativo di docking non ebbe successo. Il primo docking con equipaggio riuscito fu effettuato il 16 gennaio 1969, tra la Sojuz 4 e la Sojuz 5. Questa prima versione della navicella spaziale Sojuz non era dotata di un tunnel di trasferimento interno, quindi i due cosmonauti dovettero eseguire un trasferimento extraveicolare dalla Sojuz 5 alla Sojuz 4, atterrando su una navicella spaziale diversa da quella con cui erano stati lanciati.

Negli anni '70, l'Unione Sovietica migliorò la navicella spaziale Sojuz aggiungendo un tunnel di trasferimento interno e lo utilizzò per trasferire i cosmonauti durante il programma della stazione spaziale Saljut con la prima visita di successo alla stazione spaziale a partire dal 7 giugno 1971, quando Sojuz 11 eseguì un docking con la Saljut 1. Gli Stati Uniti seguirono l'esempio, eseguendo un docking con la propria navicella spaziale Apollo alla stazione spaziale Skylab nel maggio 1973. Nel luglio 1975, le due nazioni cooperarono nel Programma test Apollo-Sojuz, eseguendo il docking di una navicella Apollo con una Sojuz utilizzando un modulo di docking appositamente progettato per accogliere i diversi sistemi di docking e le atmosfere dei veicoli spaziali.

A partire da Saljut 6 nel 1978, l'Unione Sovietica iniziò a utilizzare il veicolo spaziale cargo senza equipaggio Progress per rifornire le sue stazioni spaziali nell'orbita terrestre bassa, estendendo notevolmente la durata della permanenza dell'equipaggio. Essendo una navicella spaziale senza equipaggio, la Progress doveva eseguire il rendezvous e il docking con le stazioni spaziali in modo del tutto automatico. Nel 1986, il sistema di docking Igla fu sostituito con il sistema di docking Kurs a bordo della navicella spaziale Sojuz. La navicella spaziale Progress ricevette lo stesso aggiornamento diversi anni dopo. Il sistema Kurs è ancora (al 2024) utilizzato per il docking al Segmento orbitale russo della Stazione spaziale internazionale.

Berthing

Il Berthing dei veicoli spaziali veniva usato almeno sin dal berthing dei carichi utili nella stiva di carico dello Space Shuttle. Tali carichi utili potevano essere veicoli spaziali in volo libero catturati per manutenzione/rientro sulla Terra, o carichi utili temporaneamente esposti all'ambiente spaziale alla fine del Remote Manipulator System. Durante l'era dello Space Shuttle furono utilizzati diversi meccanismi di berthing. Alcuni di essi erano caratteristiche della stiva di carico dello Shuttle (ad esempio, il Payload Retention Latch Assembly), mentre altri erano apparecchiature di supporto aereo (ad esempio, la Flight Support Structure utilizzata per le missioni di manutenzione del telescopio Hubble).

Hardware Androgino I sistemi di docking/berthing possono essere androgini (senza genere) o non androgini (con genere, maschio/femmina), indicando quali parti del sistema possono unirsi insieme. I primi sistemi per unione veicoli spaziali erano tutti progetti di sistemi di docking non androgini. I modelli non androgini sono una forma di unione di genere dove ogni veicolo spaziale è dotato di un design unico (maschio o femmina) e un ruolo specifico da svolgere nel processo di docking. I ruoli non possono essere invertiti. Inoltre, due veicoli spaziali dello stesso genere non possono unirsi tra loro. Il docking androgino (e successivamente il berthing androgino) ha invece un'interfaccia identica su entrambi i veicoli spaziali. In un'interfaccia androgina, esiste un singolo design che può connettersi a un suo duplicato. Ciò consente una ridondanza a livello di sistema (inversione di ruolo), nonché il salvataggio e la collaborazione tra due veicoli spaziali qualsiasi. Fornisce inoltre una progettazione della missione più flessibile e riduce l'analisi e l'addestramento specifici per una singola missione.

Lista di meccanismi/sistemi Immagine Nome Metodo Trasferimento interno dell'equipaggio Note Tipo Gemini Docking Mechanism Docking No Permise al veicolo spaziale Gemini (attivo) di attraccare al Agena Target Vehicle (passivo). Non androgino Apollo Docking Mechanism Docking Sì Permise al Modulo di comando e servizio Apollo (attivo) di eseguire un docking con il Modulo lunare Apollo (passivo) e la stazione spaziale Skylab (passivo). È stato utilizzato per eseguire un docking al Docking Module adapter (passivo) durante il Programma test Apollo-Sojuz (ASTP), che ha permesso all'equipaggio di eseguire un docking con un veicolo spaziale sovietico Sojuz 7K-TM. Aveva un diametro circolare di passaggio di 81 cm. Non androgino Sistema di docking originale probe-and-drogue russo Docking No Il sistema di docking originale probe-and-drogue della Sojuz è stato utilizzato con la navicella spaziale di prima generazione Sojuz 7K-OK dal 1966 fino al 1970 per la raccolta di dati ingegneristici in vista del programma della stazione spaziale sovietica. I dati raccolti furono successivamente utilizzati per la conversione della navicella spaziale Soyuz – inizialmente sviluppata per il Programma lunare sovietico – in un veicolo da trasporto della stazione spaziale. Un primo docking con due veicoli spaziali Sojuz senza equipaggio – il primo docking spaziale completamente automatizzato nella storia del volo spaziale – fu effettuato con le missioni Cosmos 186 e Cosmos 188 il 30 ottobre 1967. Non androgino Kontakt docking system Docking No Destinato ad essere utilizzato nel Programma lunare sovietico per consentire alla Sojuz 7K-LOK ("Veicolo orbitale lunare", attivo) di eseguire un docking con il Modulo lunare LK (passivo). Non androgino SSVP-G4000 Docking Sì SSVP-G4000 è anche conosciuto più gergalmente come "sonda cono russo" ("probe and drogue") o semplicemente "Russian Docking System" (RDS). In russo SSVP sta per Sistema Stykovki i Vnutrennego Perekhoda; Система стыковки и внутреннего перехода, letteralmente "Sistema di docking e trasferimento interno". Fu utilizzato per il primo docking a una stazione spaziale nella storia del volo spaziale, con le missioni Sojuz 10 e Sojuz 11 che eseguirono un docking con la stazione spaziale sovietica Saljut 1 nel 1971. Il sistema di docking venne aggiornato a metà degli anni '80 per consentire il docking di moduli da 20 tonnellate alla stazione spaziale Mir. È dotato di un passaggio di trasferimento circolare di 80 cm di diametro ed è prodotto da RKK Ėnergija. Il sistema sonda cono consente ai veicoli spaziali in visita di utilizzare l'interfaccia di docking probe, come i veicoli Sojuz, Progress e, in passato, ATV dell'ESA per eseguire il docking con le stazioni spaziali che offrono un boccaporto con un'interfaccia cono, come la precedente Saljut e Mir o l'attuale Stazione spaziale internazionale (ISS). Al 2024 ci sono un totale di quattro boccaporti di docking disponibili sul Segmento orbitale russo della ISS per i veicoli spaziali in visita; Questi si trovano sui moduli Zvezda, Rassvet, Poisk e Prichal.