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揭秘太空加油背后的细节

2019-03-09 22:56:59

■ 李晨阳 通讯员 顾帅华 苗鹏

4月27日19时07分,天舟一号与天宫二号成功完成首次推进剂在轨补加试验,这标志着天舟一号飞行任务取得圆满成功,也标志着我国载人航天工程第二步胜利完成,正式宣告中国航天迈进“空间站时代”。

而这次“太空加油”,正是天舟一号货运飞船的亮点。

对接机构离合“任性”

我国的空间交会对接,可以追溯到2011年,天宫一号目标飞行器和神舟八号载人飞船完成首次“太空相拥”。当时有人评价,这就好比“在茫茫大海中穿针引线”。

然而,此次天舟一号推进剂在轨补加对两个航天器交会对接的精度要求,还要再高上一倍!

面对空前挑战,中国航天科技集团公司八院(以下简称“八院”)的科研人员没有被吓倒。在已造好的上天产品上,他们添加了液路浮动断接器和补加管路的安装接口。

为了确保这些接口在天舟一号发射运行的全过程中都能顺利工作,科学家们设计了很多严苛的试验来“考验”它。比如模拟发射过程中的高速振动,来验证它能不能保持安装精度。令人欣喜的是,这些接口顺利通过了一连串的考验。

对接机构就像钢笔和笔帽,不仅要“扣得上”,还要“拔得开”——和“对接”一样,“分离”也是一项重要的技术。尽管正常情况下不会出现分不开的问题,但是一旦故障出现,对接机构的分离推杆便开始工作,帮助航天器正常分离。

补加驱动“一体”精简

早在天舟一号进入太空之前,它的“CP”天宫二号空间实验室已经苦苦等候了漫长的7个月。如今,天宫之上由八院研制的补加驱动器终于迎来一展身手的机会。

与天宫二号相伴的大半年时光里,补加驱动器早已熟悉了太空中的各项工作和环境,还开展了多次在轨试验验证。它是在轨补加任务中的关键单机,高度智能化,一旦接到系统指令,它就能控制液体管路阀门的开关,同时调节流量、流速,保证推进剂补加过程安全进行。

据航天科技集团公司六院801所专家顾帅华介绍,天舟一号所采用的推进和补加系统“一体化”设计方案目前是国内首创。所谓一体化设计,就是把推进系统和补加系统连接起来,让它们既可以独立工作,也可以相互交叉工作——推进部分可以为补加服务,补加部分也可以为推进服务,如果其中一部分功能失效,另一部分可以分担两方面的任务。

这样的设计妙就妙在可以大幅简化系统,减重100公斤左右,不仅能减少燃料消耗,腾出的载重还可以多携带一些燃料。一旦某部分发生故障,可以实现故障的隔离,并由其他部分承担后续任务,实现推进和补加功能,提高了系统可靠性。

推进系统清洁防漏

中国航天科技集团公司六院801所独立自主研制了此次“太空加油”的技术和关键设备。

天舟一号的推进系统怕“漏”。为了确保飞行器能顺利在轨运行,光在地面就要进行多次对管路系统的充压检漏。在天舟一号成功对接,浮动断接器插合完成后,还要对它们连接起来的补加管路系统进行检漏,确保“绝不漏油”。801所设计团队通过艰辛的探索,摸索出了检漏方法和评判指标,为这场“太空加油”再添一块安全筹码。

在一次“加油”完成后,为了保持管路清洁,以便后续多次补加,还需要对补加管路里的推进剂进行吹除,吹除过程中尽可能不污染飞行器表面。在太空真空环境下吹除液体推进剂,国内还没有先例,科学家们必须深入研究与地面完全不同的复杂环境及物理变化过程。801所货运飞船及空间实验两个研制团队齐心协力,先后进行了多轮推进剂的吹除试验,终确定了吹除方案,确保后续补加的顺利进行。

目前,在轨飞行器补加技术只有少数几个国家掌握,801所研制团队前后历时10余年,突破了国外技术封锁,完成了补加技术攻关,多项技术均是国内首创。

10年前,曾有航天强国提出向我们提供技术合作,因为在他们看来,“补加技术中国人搞不出来,飞船上必须配套我们的系统”。

揭秘太空加油背后的细节

而现在,中国科研团队用自己的实际行动回应:请拭目以待,中国人自己的太空加油之梦,必定在我们手中实现!

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