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    中国航天,迈入空间站时代

    日期 2017-04-28   来源:新华网 来源:人民日报   作者:记者余建斌 刘诗瑶  【 】   【打印】   【关闭

      4月27日晚,万众瞩目的“太空加油”上演。天舟一号货运飞船和天宫二号空间实验室的组合体,在距地面393公里的太空轨道,在高速飞行中点滴不漏地完成了推进剂补加。

        验证推进剂在轨补加技术,是本次天舟一号最重要的任务之一,也是后续我国建造空间站极为关键的技术,突破和掌握推进剂补加技术,能够解决空间站能源供给问题,使空间站长期运行、航天员长期驻守空间站成为可能。

        “太空加油”的顺利完成,以及天舟一号成功运送“太空快递”,标志着天舟一号任务取得圆满成功,我国载人航天工程“三步走”完成了第二步,中国航天迈入了“空间站时代”。

        推进剂补加实施持续5天,后续还将进行两次

        4月23日7时26分,天舟一号与天宫二号组合体开始进行持续5天的推进剂补加试验。这是天宫二号与货运飞船进行的第一次推进剂补加,也是我国首次推进剂补加试验。

        “太空加油”与空中加油相比,高出的不仅是离地面的高度,更是技术复杂程度。补加实施持续5天,地面需要进行补加全过程、长时间的状态监视与控制,对地面自动化监控提出了更高要求。补加过程十分复杂,推进剂补加试验分为多个阶段,步骤多达29个。控制风险高,在轨补加是首次实施,涉及船载气、液路设备,减压阀超压、液路泄漏等情况都会危害整船安全,地面控制必须确保无误。

        据北京航天飞行控制中心飞控总体主任设计师姜萍介绍,在太空实施推进剂补加,涉及氧化剂、燃烧剂两种推进剂,对设计的安全性、可靠性提出了更严、更高的要求,还需要考虑两个航天器目标、上百个阀门、几百米长的管路,以及几十种关键设备、软件的控制。此外,整个补加流程包含这么多步骤,每个步骤又包含很多分支及指令,这些步骤和指令层层约束、环环相扣,不能有一处出现错误。

        航天专家介绍,天舟一号与天宫二号对接之后,通过两个航天器之间产生的气体压力,把推进剂从天舟一号上源源不断输送到天宫二号上,虽然看起来和地面加油差不多,但是要真正实现,却并不容易。

        在轨推进剂补加主要通过安装在对接机构上的4路推进剂补加液路浮动断接器来实现,这就相当于加油的管路和油枪都安装在了对接机构上。为了保证推进剂不泄漏,液路浮动断接器的总装精度很高。

        “以往的对接机构也有电路浮动断接器,主要实现两个飞行器对接后的信号对接,而此次增加的液路浮动断接器则是实现在轨补加的连接通道。既然是连接通道,对接精度必须要更高。”专家说。

        此外,在对接及浮动断接器插合等“加油”前准备工作就绪后,还要对货运飞船和空间实验室连接起来的补加管路系统进行检漏,确保补加过程中无泄漏及补加系统的安全。为此,研制人员在地面进行了多轮试验验证,确保在轨补加前检漏这一安全手段的顺利进行。

        针对推进剂补加,天舟一号上还有个创新的设计。目前,国内空间飞行器只含有单一的推进系统,为飞行器提供动力。天舟一号货运飞船除含有满足常规推进功能的推进系统外,也有为空间实验室和空间站进行在轨补加推进剂的补加系统,而且两者是一体化设计。所谓一体化设计,就是推进系统与补加系统之间连接起来,在不影响各自独立功能的前提下,实现补加系统的推进剂可以供应推进系统的发动机工作,推进系统的推进剂可以用于补加,从而实现推进剂的最大利用。另外,在某个系统故障时,可以通过隔离及切换,确保推进和补加功能均可顺利完成。

        首次推进剂在轨补加任务完成后,天舟一号货运飞船在后续阶段还将对天宫二号再进行两次在轨补加,让这一技术更加完善。

        加完“油”后的清洁管路也是关键环节

        “太空加油”还有个开关,就是补加驱动器。据专家介绍,补加驱动器是在轨补加任务中的关键单机,是智能的管路控制单元。它在接收到系统指令后,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。它其实是安装在天宫二号上的。

        “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,并多次开展在轨试验验证,只等天宫二号与天舟一号交会对接后大展拳脚。”中国航天科技集团八院对接机构控制子系统副主任设计师丁承华说。

        加完了“油”,还要清洁管路即管路吹除,这也是“太空加油”的一个关键环节。

        航天专家介绍,在货运飞船完成对空间实验室的推进剂补加后,为保持管路清洁以便可以进行后续多次补加,要对补加管路里的推进剂进行吹除,同时吹除过程中尽可能不污染飞行器表面。为了在太空真空环境下吹除液体推进剂,两个研制团队一起先后进行了多轮推进剂吹除试验,确定了吹除方案,在地面验证后可用于在轨补加后的推进剂吹除。

        管路吹除也是在地面飞行控制技术人员“指挥”着航天器来完成,任务中,阀门打开顺序、时间间隔都必须分毫不差,否则就可能造成推进剂冻结,堵塞补加管路。

        “我们的推进剂补加流程动态规划技术能够很好地解决这个问题,确保了补加过程顺利进行。”姜萍说。




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