中國首次“太空加油”全過程解析

編者按：

4月27日晚，我國天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室成功完成首次推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加試驗(yàn)。在軌補(bǔ)加推進(jìn)劑，給太空中的航天器“加油”，可以大大延長航天器壽命，是建設(shè)空間站的關(guān)鍵技術(shù)之一。

據(jù)了解，目前，國際上掌握在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)的只有俄羅斯和美國等少數(shù)國家，其中，實(shí)現(xiàn)在軌加注應(yīng)用的只有俄羅斯。圍繞在軌補(bǔ)加技術(shù)，各國也提出了氣體回用法、被壓法、放空法和貫通法等不同方法，來自中國航天科技集團(tuán)公司六院801所的科研人員經(jīng)過比對(duì)調(diào)研，選用的是無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，但氣體資源利用率高，突破該技術(shù)對(duì)于未來空間站建設(shè)具有重大意義。

推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)是個(gè)復(fù)雜的過程，為了方便讀懂此項(xiàng)技術(shù)，我們概括為如下6個(gè)步驟。

組合體示意圖由中國航天科技集團(tuán)公司五院提供加注示意圖由801所科研人員和中國航天報(bào)社人員共同繪制

天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室完成對(duì)接后，分別安裝于兩個(gè)飛行器的浮動(dòng)斷接器對(duì)接完成，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)加管路的無縫連接，完成太空加油的“油槍”對(duì)接。

天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船氣瓶內(nèi)氣體進(jìn)入補(bǔ)加管路，檢查是否有氣體泄漏，實(shí)現(xiàn)油管檢漏，確保嚴(yán)絲合縫。

『太空加油』難點(diǎn)

← 難點(diǎn)一

壓氣機(jī)要具有很強(qiáng)的空間環(huán)境適應(yīng)性和高度集成化、小型化，并要確保長期可靠運(yùn)行，這在國內(nèi)無研制經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。

← 難點(diǎn)二

要確保接口在低溫環(huán)境里密封，推進(jìn)劑如果泄露，就會(huì)自燃或污染飛行器。

← 難點(diǎn)三

天地差異大，溫度環(huán)境復(fù)雜，要利用有限的參數(shù)，精準(zhǔn)判斷管道漏率，確保補(bǔ)加安全。

← 難點(diǎn)四

推進(jìn)劑補(bǔ)加時(shí)，要準(zhǔn)確控制流速，及時(shí)預(yù)報(bào)補(bǔ)加量，采取多重可靠性措施，確保補(bǔ)加安全可靠。

← 難點(diǎn)五

推進(jìn)劑易揮發(fā)，每次加注完需要把管道里的剩余推進(jìn)劑進(jìn)行吹除,同時(shí)吹除過程中要盡可能不污染飛行器表面。

← 難點(diǎn)六

推進(jìn)劑分為燃料和氧化劑兩種推進(jìn)劑，兩者不能“見面”，否則會(huì)發(fā)生爆炸，所以推進(jìn)劑補(bǔ)加系統(tǒng)實(shí)際是由燃料加注系統(tǒng)和氧化劑加注系統(tǒng)兩套系統(tǒng)獨(dú)立組成的。