揭秘天舟一號(hào)“太空加油”技術(shù)細(xì)節(jié)

　　新華社上海4月20日電(記者張建松)成功發(fā)射的天舟一號(hào)是我國(guó)自主研制的首艘貨運(yùn)飛船,被形象地稱為中國(guó)航天的“快遞小哥”。在茫茫太空,這位從地球上乘坐火箭遠(yuǎn)道而來(lái)的“快遞小哥”,將補(bǔ)充推進(jìn)劑快遞給“天宮二號(hào)”的時(shí)候,有哪些不為人知的技術(shù)細(xì)節(jié)呢?

　　在軌補(bǔ)加推進(jìn)劑,給太空中的航天器“加油”,可以大大延長(zhǎng)航天器壽命,是建設(shè)空間站的關(guān)鍵技術(shù)之一。此次,天舟一號(hào)與天宮二號(hào)將進(jìn)行3次交會(huì)對(duì)接,并將首次進(jìn)行在軌補(bǔ)加推進(jìn)劑的試驗(yàn),即“太空加油”。“太空加油”的“管路”和“管槍”,都安裝在天舟一號(hào)與天宮二號(hào)的對(duì)接機(jī)構(gòu)上。

　　據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)公司上海航天技術(shù)研究院對(duì)接機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人靳宗向介紹,在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加,主要是通過(guò)安裝在對(duì)接機(jī)構(gòu)上的4個(gè)“液路浮動(dòng)斷接器”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)天舟一號(hào)與天宮二號(hào)對(duì)接完成后,分別裝在兩個(gè)對(duì)接框上的2組“液路浮動(dòng)斷接器”將完成通道對(duì)接,形成管路循環(huán)系統(tǒng)。此后,天舟一號(hào)上裝載的燃料、氧化劑等液體物資,就可以通過(guò)管路輸送到天宮二號(hào)上。

　　安裝在天宮二號(hào)上的“補(bǔ)加驅(qū)動(dòng)器”是太空加油的關(guān)鍵單機(jī)之一。接到系統(tǒng)指令后,它將控制液體管路閥門的開(kāi)關(guān),同時(shí)調(diào)節(jié)流量、流速,確保兩個(gè)航天器之間的推進(jìn)劑補(bǔ)加安全進(jìn)行。

　　由上海航天技術(shù)研究院自主研制的“異體同構(gòu)周邊式”對(duì)接機(jī)構(gòu),是目前國(guó)際上最先進(jìn)、最復(fù)雜的機(jī)電一體化對(duì)接機(jī)構(gòu)。自2011年首次在太空“登臺(tái)亮相”以來(lái),曾確保了神舟八號(hào)、神舟九號(hào)、神舟十號(hào)與天宮一號(hào)的6次交會(huì)對(duì)接；也順利完成了神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接,并實(shí)現(xiàn)30天中長(zhǎng)期組合體運(yùn)行。

　　據(jù)靳宗向介紹,此次交會(huì)對(duì)接,由于天舟一號(hào)重達(dá)13噸,對(duì)接機(jī)構(gòu)必須具備與“重量級(jí)”大噸位航天器的對(duì)接能力。上海航天設(shè)計(jì)師們通過(guò)大量的技術(shù)攻關(guān)和方案論證,提出“可控阻尼”的控制思路,研制了全新的可控阻尼器。通過(guò)大量的仿真分析和無(wú)數(shù)次地面環(huán)境試驗(yàn),驗(yàn)證了對(duì)接機(jī)構(gòu)能適應(yīng)未來(lái)空間站建造階段8-180噸的各種噸位、各種方式對(duì)接,包括偏心對(duì)接的需要。

　　與此相適應(yīng),對(duì)接機(jī)構(gòu)的控制器和驅(qū)動(dòng)器也進(jìn)行了相應(yīng)升級(jí),承擔(dān)整個(gè)交會(huì)對(duì)接以及艙體分離過(guò)程中,對(duì)接機(jī)構(gòu)的控制和驅(qū)動(dòng)功能,是交會(huì)對(duì)接任務(wù)的控制中樞。由于對(duì)接機(jī)構(gòu)上增加了液路浮動(dòng)斷接器及補(bǔ)加管路的安裝接口,不僅實(shí)現(xiàn)兩個(gè)飛行器的信號(hào)對(duì)接,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)在軌補(bǔ)加的通道對(duì)接,對(duì)接精度要比以往提高一倍。

　　天舟一號(hào)完成與天宮二號(hào)交會(huì)對(duì)接、進(jìn)入組合體飛行模式后,安裝在天宮二號(hào)上的“補(bǔ)加驅(qū)動(dòng)器”,還將在六個(gè)月的空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)中,開(kāi)展補(bǔ)加功能的試驗(yàn)驗(yàn)證工作。這將是我國(guó)第一次在軌驗(yàn)證和實(shí)施空間飛行器的燃料加注和回收技術(shù)。

　　在組合體飛行過(guò)程中,由上海航天研制的“推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器”,將執(zhí)行控制系統(tǒng)指令,控制所有發(fā)動(dòng)機(jī)和管路閥門,對(duì)組合體進(jìn)行姿態(tài)和軌道控制。是推進(jìn)系統(tǒng)的控制中樞,對(duì)任務(wù)成敗起關(guān)鍵作用。

　　據(jù)上海航天技術(shù)研究院相關(guān)負(fù)責(zé)人王有波介紹,為了確保天舟一號(hào)與天宮二號(hào)安全準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接、分離和太空加油,對(duì)接機(jī)構(gòu)控制器和驅(qū)動(dòng)器、推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器、補(bǔ)加驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵單機(jī),均從功能上作了多重備份。在電路設(shè)計(jì)和軟件構(gòu)架上,加入了多重的冗余措施,應(yīng)用了三機(jī)冗余、冷熱備份、在軌自主診斷切換、軟件在軌單粒子防護(hù)等多項(xiàng)技術(shù),幾乎用盡了所能想到的所有手段,以確保萬(wàn)無(wú)一失。

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　　“太空加油”總共分29步

　　即將發(fā)射的我國(guó)首艘貨運(yùn)飛船天舟一號(hào),將對(duì)天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)施推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加,突破和掌握推進(jìn)劑補(bǔ)加等關(guān)鍵技術(shù)。

　　天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)總體副主任設(shè)計(jì)師雷劍宇說(shuō),天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船“太空加油”采用的是無(wú)增壓氣體損耗的氣體回用法。這種方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度較大,但是氣體資源利用率高。

　　與日常生活中的加油不同,“太空加油”不僅要加注燃料,還需要加注供燃料燃燒的氧化劑。燃燒劑和氧化劑兩者不能“見(jiàn)面”,否則會(huì)發(fā)生爆炸。它們的加注是由兩套系統(tǒng)獨(dú)立組成的,加注時(shí)序也不同。

　　“太空加油”須在天舟一號(hào)和天宮二號(hào)對(duì)接鎖緊,補(bǔ)加裝置和管路氣密性好的前提下進(jìn)行。第一步,天宮二號(hào)的壓氣機(jī)將手風(fēng)琴狀的膜盒貯箱中的氣體壓回氣瓶,使天宮二號(hào)的燃料儲(chǔ)箱的壓力低于天舟一號(hào)；第二步,推進(jìn)劑在壓力差的作用下,自動(dòng)從天舟一號(hào)貯箱流入天宮二號(hào)貯箱,當(dāng)兩側(cè)壓力一致時(shí),加注工作完成；第三步,進(jìn)行管路吹除,確保天舟一號(hào)和天宮二號(hào)分離時(shí),殘留在管路中的推進(jìn)劑不會(huì)在空間擴(kuò)散,污染對(duì)接器件和航天器。

　　雷劍宇說(shuō),“太空加油”過(guò)程復(fù)雜,分為29個(gè)步驟,每步都需要精細(xì)控制,整個(gè)補(bǔ)加過(guò)程要持續(xù)幾天。

　　雷劍宇介紹,在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)是繼天地往返、交會(huì)對(duì)接、航天員中長(zhǎng)期駐留技術(shù)后,中國(guó)載人航天工程的又一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前國(guó)際上掌握了在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)的只有俄、美等少數(shù)國(guó)家,其中,實(shí)現(xiàn)在軌加注應(yīng)用的只有俄羅斯。

　　(記者曾濤、梅常偉)

　　據(jù)新華社海南文昌4月20日電?

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