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

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

作為中國空間實驗室任務(wù)的收官之戰(zhàn)，即將實施的天舟一號貨運飛船任務(wù)將對承擔未來中國載人空間站貨運任務(wù)的系統(tǒng)進行全面測試和考驗。其中，飛船為載人空間實驗室天宮二號進行在軌加注推進劑技術(shù)，是測試和考驗的重中之重。該項技術(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)航天器對目標航天器進行推進劑補給的在軌操作，其作用類似于“空中加油”，因而也被形象地稱為“太空加油”。這項技術(shù)對空間站來說之所以重要，是因為太空并非絕對真空，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)射時攜帶的推進劑有限，這就需要貨運飛船對其進行在軌推進劑加注，持續(xù)補充燃料。

據(jù)天舟一號貨運飛船總設(shè)計師白明生介紹，天舟一號攜帶約2噸推進劑對天宮二號空間實驗室實施在軌加注，不僅量足夠，而且還有備份。這些推進劑是液體燃料，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現(xiàn)。早在2011年，我國就成功實現(xiàn)了首次空間交會對接，掌握了這項堪稱萬里高空“穿針引線”的太空絕技。

然而，在軌補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，航天科技集團八院對接機構(gòu)主任設(shè)計師苑會領(lǐng)介紹說，由于要進行液體補加，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向板、機構(gòu)、導向銷套3個措施進行校正，以此保證精確插合。

為此，設(shè)計師采用大量力學、熱控等仿真和地面試驗驗證，確保對接機構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量過關(guān)。對接機構(gòu)完全過關(guān)、經(jīng)得起考驗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，航天科技集團八院對接機構(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。天舟一號貨運飛船上高壓氣瓶的氣體將推進劑從自身貯箱中推出，通過連接管路進入天宮二號貯箱中。上述利用氣壓差實現(xiàn)推進劑加注的原理其實并不復雜，但是，要順利完成推進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和打造出一把經(jīng)得起考驗的“加油槍”。

天宮二號推進分系統(tǒng)主任設(shè)計師江銘偉指出，一般的壓氣機研制其實并不難，但是天宮二號空間實驗室上需要的是小型化、高度輕便的壓氣機。中國航天科技集團公司第六研究院經(jīng)過艱苦努力，進行了一系列技術(shù)創(chuàng)新，最終使壓氣機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，提高補加的精準性，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加技術(shù)的實現(xiàn)打下了堅實基礎(chǔ)。此外，還要想方設(shè)法優(yōu)化在軌補加的流程設(shè)計，使其一方面更為穩(wěn)妥，另一方面又不能過于復雜。在軌補加可能出現(xiàn)一些地面沒有完全預料的情況，因而必須設(shè)置應急情況在軌處置程序，需要進行提前謀劃和充分的冗余設(shè)計，確保萬無一失。

衛(wèi)星加注試驗為加油演練

“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，投入更多精兵強將進行相關(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)進行了一次對衛(wèi)星進行在軌加注試驗，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系統(tǒng)搭載長征七號運載火箭，在海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空，準確進入預定軌道。隨后幾天，天源一號根據(jù)預定計劃進行了衛(wèi)星在軌加注核心關(guān)鍵技術(shù)試驗與驗證，獲取了3種貯箱加注全過程的完整視頻和相關(guān)試驗數(shù)據(jù)。北京航天飛行控制中心對其進行遙測表明，推進劑加注過程穩(wěn)定，測量與控制精度高，實測結(jié)果滿足設(shè)計指標要求，我國首次衛(wèi)星在軌加注試驗取得圓滿成功。這不僅為我國掌握衛(wèi)星在軌加注技術(shù)奠定了堅實基礎(chǔ)，而且為天宮二號空間實驗室推進劑在軌加注積累了寶貴經(jīng)驗。

可以預見，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)進一步得到驗證、提升，走向成熟階段，使我國航天事業(yè)躍升到一個新高度，為即將進行的載人空間站建設(shè)鋪平道路，完成中國航天肩負的國家目標，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力。在深空探測任務(wù)中，火箭因為大范圍機動變軌而消耗掉大量推進劑。在軌加注技術(shù)可以為空間燃料倉庫補加燃料，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。