央視快訊：天舟一號貨運(yùn)飛船計(jì)劃4月20日至24日在中國文昌航天發(fā)射場擇機(jī)發(fā)射。

隨著3艘遠(yuǎn)望號船近日駛離中國衛(wèi)星海上測控部碼頭，趕赴預(yù)定海域，執(zhí)行海上測控任務(wù)，中國今年最重頭的航天計(jì)劃之一，即天舟一號貨運(yùn)飛船任務(wù)進(jìn)入最后準(zhǔn)備階段。

作為中國空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的收官之戰(zhàn)，即將實(shí)施的天舟一號貨運(yùn)飛船任務(wù)將對承擔(dān)未來中國載人空間站貨運(yùn)任務(wù)的系統(tǒng)進(jìn)行全面測試和考驗(yàn)。其中，飛船為載人空間實(shí)驗(yàn)室天宮二號進(jìn)行在軌加注推進(jìn)劑技術(shù)，是測試和考驗(yàn)的重中之重。該項(xiàng)技術(shù)的突破將是中國航天繼掌握空間交會對接技術(shù)之后，具有標(biāo)志意義的新的里程碑。它將使建設(shè)長期駐留、有人照料的空間站具備基本前提，為2020年后建成“太空家園”，催生中國空間站時代奠定基礎(chǔ)。

交會對接再上一層樓

在軌加注是指在空間軌道上利用服務(wù)航天器對目標(biāo)航天器進(jìn)行推進(jìn)劑補(bǔ)給的在軌操作，其作用類似于“空中加油”，因而也被形象地稱為“太空加油”。這項(xiàng)技術(shù)對空間站來說之所以重要，是因?yàn)樘詹⒎墙^對真空，空間站依然會受到微薄空氣阻力影響，其軌道高度會隨著時間推移而緩慢下降。要維持其軌道高度，就必須消耗燃料來獲得上升的推力，而空間站核心艙在發(fā)射時攜帶的推進(jìn)劑有限，這就需要貨運(yùn)飛船對其進(jìn)行在軌推進(jìn)劑加注，持續(xù)補(bǔ)充燃料。

據(jù)天舟一號貨運(yùn)飛船總設(shè)計(jì)師白明生介紹，天舟一號攜帶約2噸推進(jìn)劑對天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)施在軌加注，不僅量足夠，而且還有備份。這些推進(jìn)劑是液體燃料，將通過管路注入到天宮二號，而管路連接需要通過空間交會對接來實(shí)現(xiàn)。早在2011年，我國就成功實(shí)現(xiàn)了首次空間交會對接，掌握了這項(xiàng)堪稱萬里高空“穿針引線”的太空絕技。

然而，在軌補(bǔ)加對交會對接精度提出了更高要求，需要“穿針引線”太空絕技再上一層樓。對此，航天科技集團(tuán)八院對接機(jī)構(gòu)主任設(shè)計(jì)師苑會領(lǐng)介紹說，由于要進(jìn)行液體補(bǔ)加，不能出現(xiàn)任何泄露，這就要求大幅提升對接精度，必須在安裝后通過導(dǎo)向板、機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向銷套3個措施進(jìn)行校正，以此保證精確插合。

為此，設(shè)計(jì)師采用大量力學(xué)、熱控等仿真和地面試驗(yàn)驗(yàn)證，確保對接機(jī)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量過關(guān)。對接機(jī)構(gòu)完全過關(guān)、經(jīng)得起考驗(yàn)意味著不僅對接要天衣無縫，為“太空加油”創(chuàng)造良好條件，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)分離。對此，航天科技集團(tuán)八院對接機(jī)構(gòu)副主任師丁立超介紹說，為確保成功分離，設(shè)置了對接機(jī)構(gòu)分離推桿，如出現(xiàn)意外情況，該分離桿便開始工作，克服故障，實(shí)現(xiàn)分離。

打造一把太空“加油槍”

空間交會對接為“空中加油”提供了前提條件，接下來，天宮二號利用壓氣機(jī)將自身貯箱中的氣體抽走，貯箱氣壓隨之下降。天舟一號貨運(yùn)飛船上高壓氣瓶的氣體將推進(jìn)劑從自身貯箱中推出，通過連接管路進(jìn)入天宮二號貯箱中。上述利用氣壓差實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑加注的原理其實(shí)并不復(fù)雜，但是，要順利完成推進(jìn)劑從天舟一號到天宮二號的加注還必須研制形成氣壓差的壓氣機(jī)和打造出一把經(jīng)得起考驗(yàn)的“加油槍”。

天宮二號推進(jìn)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師江銘偉指出，一般的壓氣機(jī)研制其實(shí)并不難，但是天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室上需要的是小型化、高度輕便的壓氣機(jī)。中國航天科技集團(tuán)公司第六研究院經(jīng)過艱苦努力，進(jìn)行了一系列技術(shù)創(chuàng)新，最終使壓氣機(jī)重量被控制在幾十公斤，很好地滿足了這一要求?！凹佑蜆尅敝皇且粋€形象的說法，它指的是一個叫做浮動斷接器的設(shè)備，也是由中國航天科技集團(tuán)公司第六研究院研制的。該院副院長劉志讓介紹說，該設(shè)備的特點(diǎn)正如其名，是“可浮動”的，可以最大限度消除天舟一號與天宮二號交會對接偏差對加注可能產(chǎn)生的影響，提高補(bǔ)加的精準(zhǔn)性，避免泄漏。

江銘偉指出，這些關(guān)鍵設(shè)備的研制成功為在軌補(bǔ)加技術(shù)的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，還要想方設(shè)法優(yōu)化在軌補(bǔ)加的流程設(shè)計(jì)，使其一方面更為穩(wěn)妥，另一方面又不能過于復(fù)雜。在軌補(bǔ)加可能出現(xiàn)一些地面沒有完全預(yù)料的情況，因而必須設(shè)置應(yīng)急情況在軌處置程序，需要進(jìn)行提前謀劃和充分的冗余設(shè)計(jì)，確保萬無一失。

衛(wèi)星加注試驗(yàn)為加油演練

“太空加油”是中國航天孜孜以求的技術(shù)突破。中國航天在成功掌握空間交會對接技術(shù)之后，投入更多精兵強(qiáng)將進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研發(fā)和裝備制造，并在天舟一號升空之前已經(jīng)進(jìn)行了一次對衛(wèi)星進(jìn)行在軌加注試驗(yàn)，并獲得圓滿成功。

2016年6月25日晚，天源一號在軌加注飛行試驗(yàn)系統(tǒng)搭載長征七號運(yùn)載火箭，在海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。隨后幾天，天源一號根據(jù)預(yù)定計(jì)劃進(jìn)行了衛(wèi)星在軌加注核心關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)與驗(yàn)證，獲取了3種貯箱加注全過程的完整視頻和相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。北京航天飛行控制中心對其進(jìn)行遙測表明，推進(jìn)劑加注過程穩(wěn)定，測量與控制精度高，實(shí)測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，我國首次衛(wèi)星在軌加注試驗(yàn)取得圓滿成功。這不僅為我國掌握衛(wèi)星在軌加注技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，而且為天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室推進(jìn)劑在軌加注積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

可以預(yù)見，天舟一號即將到來的飛行任務(wù)將使中國在軌加注技術(shù)進(jìn)一步得到驗(yàn)證、提升，走向成熟階段，使我國航天事業(yè)躍升到一個新高度，為即將進(jìn)行的載人空間站建設(shè)鋪平道路，完成中國航天肩負(fù)的國家目標(biāo)，全面提升中國航天產(chǎn)業(yè)國際競爭力。根據(jù)加拿大麥克唐納·德特威勒公司的估算，2012-2020年，可能有100多顆地球同步軌道通信衛(wèi)星因燃料提前耗盡而失效，替換這些衛(wèi)星的成本高達(dá)300億-360億美元。如果能夠通過在軌加注系統(tǒng)為這些在軌航天器補(bǔ)充燃料，延長其使用壽命，可以有效降低發(fā)射成本。同時，在軌加注將提升我國太空探測實(shí)力。在深空探測任務(wù)中，火箭因?yàn)榇蠓秶鷻C(jī)動變軌而消耗掉大量推進(jìn)劑。在軌加注技術(shù)可以為空間燃料倉庫補(bǔ)加燃料，為深空探測航天器“太空加油”以及為空間軌道轉(zhuǎn)移飛行器的燃料轉(zhuǎn)移提供技術(shù)支撐。

4月24日，中國航天事業(yè)發(fā)展將迎來61周年紀(jì)念日。經(jīng)過逾一個甲子的努力奮斗，幾代中國航天人把中國太空探測技術(shù)推向了世界最前沿。隨著天舟一號即將上演的“太空加油”大戲，天宮二號乃至中國航天事業(yè)將獲得新的推動力。