揭秘「太空加油」背後的細節

4月27日19時07分，天舟一號與天宮二號成功完成首次推進劑在軌補加試驗，這標誌著天舟一號飛行任務取得圓滿成功，也標誌著我國載人航天工程第二步勝利完成，正式宣告中國航天邁進「空間站時代」。

而這次「太空加油」，正是天舟一號貨運飛船的最大亮點。

對接機構離合「任性」

我國的空間交會對接，可以追溯到2011年，天宮一號目標飛行器和神舟八號載人飛船完成首次「太空相擁」。當時有人評價，這就好比「在茫茫大海中穿針引線」。

然而，此次天舟一號推進劑在軌補加對兩個航天器交會對接的精度要求，還要再高上一倍！

面對空前挑戰，中國航天科技集團公司八院（以下簡稱「八院」）的科研人員沒有被嚇倒。在已造好的上天產品上，他們添加了液路浮動斷接器和補加管路的安裝介面。

為了確保這些介面在天舟一號發射運行的全過程中都能順利工作，科學家們設計了很多嚴苛的試驗來「考驗」它。比如模擬發射過程中的高速振動，來驗證它能不能保持安裝精度。令人欣喜的是，這些介面順利通過了一連串的考驗。

對接機構就像鋼筆和筆帽，不僅要「扣得上」，還要「拔得開」——和「對接」一樣，「分離」也是一項重要的技術。儘管正常情況下不會出現分不開的問題，但是一旦故障出現，對接機構的分離推桿便開始工作，幫助航天器正常分離。

補加驅動「一體」精簡

早在天舟一號進入太空之前，它的「CP」天宮二號空間實驗室已經苦苦等候了漫長的7個月。如今，天宮之上由八院研製的補加驅動器終於迎來一展身手的機會。

與天宮二號相伴的大半年時光里，補加驅動器早已熟悉了太空中的各項工作和環境，還開展了多次在軌試驗驗證。它是在軌補加任務中的關鍵單機，高度智能化，一旦接到系統指令，它就能控制液體管路閥門的開關，同時調節流量、流速，保證推進劑補加過程安全進行。

據航天科技集團公司六院801所專家顧帥華介紹，天舟一號所採用的推進和補加系統「一體化」設計方案目前是國內首創。所謂一體化設計，就是把推進系統和補加系統連接起來，讓它們既可以獨立工作，也可以相互交叉工作——推進部分可以為補加服務，補加部分也可以為推進服務，如果其中一部分功能失效，另一部分可以分擔兩方面的任務。

這樣的設計妙就妙在可以大幅簡化系統，減重100公斤左右，不僅能減少燃料消耗，騰出的載重還可以多攜帶一些燃料。一旦某部分發生故障，可以實現故障的隔離，並由其他部分承擔後續任務，實現推進和補加功能，提高了系統可靠性。

推進系統清潔防漏

中國航天科技集團公司六院801所獨立自主研製了此次「太空加油」的技術和關鍵設備。

天舟一號的推進系統最怕「漏」。為了確保飛行器能順利在軌運行，光在地面就要進行多次對管路系統的充壓檢漏。在天舟一號成功對接，浮動斷接器插合完成後，還要對它們連接起來的補加管路系統進行檢漏，確保「絕不漏油」。801所設計團隊通過艱辛的探索，摸索出了檢漏方法和評判指標，為這場「太空加油」再添一塊安全籌碼。

在一次「加油」完成後，為了保持管路清潔，以便後續多次補加，還需要對補加管路里的推進劑進行吹除，吹除過程中儘可能不污染飛行器表面。在太空真空環境下吹除液體推進劑，國內還沒有先例，科學家們必須深入研究與地面完全不同的複雜環境及物理變化過程。801所貨運飛船及空間實驗兩個研製團隊齊心協力，先後進行了多輪推進劑的吹除試驗，最終確定了吹除方案，確保後續補加的順利進行。

目前，在軌飛行器補加技術只有少數幾個國家掌握，801所研製團隊前後歷時10餘年，突破了國外技術封鎖，完成了補加技術攻關，多項技術均是國內首創。

10年前，曾有航天強國提出向我們提供技術合作，因為在他們看來，「補加技術中國人搞不出來，飛船上必須配套我們的系統」。而現在，中國科研團隊用自己的實際行動回應：請拭目以待，中國人自己的太空加油之夢，必定在我們手中實現！

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