去太空加个“油”——揭秘推进剂在轨补加技术

　　4月20日，我国首艘货运飞船天舟一号的成功发射拉开了我国货运飞船飞天的序幕。天舟一号进入太空之后，和天宫二号又成功实现了交会对接。4月27日，天舟一号与天宫二号不辱使命，圆满完成了首次推进剂在轨补加试验，为我国后续大型空间站建设奠定了基础。
　　对接机构全新升级
　　此次任务被形象地称为“太空加油”，这是天舟一号此行最大的亮点。所谓“太空加油”，就是天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室交会对接后，实现太空在轨推进剂补加，开展推进剂在轨补加技术验证。
　　要想在太空顺利“加油”，首先要两个航天器精准对接。“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产品上。”中国航天科技集团八院空间实验室系统、载人飞船系统副总设计师张崇峰介绍，对接机构虽不直接参与空间推进剂补加任务，但是它为补加任务提供了平台和初始条件。为完成这一使命，天舟一号对接机构进行了全新升级。
　　“如果把神舟八号载人飞船对接机构称为第一代对接机构，天舟一号货运飞船对接机构可称为第二代产品。”张崇峰介绍，天舟一号要顺利地把推进剂供给天宫二号，两个对接机构必须对接得严丝合缝。航天器的交会对接将会产生巨大的对接能量，对于对接机构的缓冲耗能能力提出了很高的要求，这也是空间站建设必须突破的一项技术。为此，设计师们通过大量的技术攻关，破解了这一难题，成功推出了二代对接机构。二代对接机构既不影响原捕获性能，又实现了对接机构捕获后的大吨位耗能需求，可以很好满足本次及后续任务的需求。
　　实现推进剂补加的“全能王”和“密匙”
　　推进剂能实现顺利补加，推进管理器、补加管理器和KX6-3到位开关发挥了重要作用，满足了补加阶段的众多功能要求。
　　“推进管理器是推进分系统名副其实的‘全能王’。它不仅承担了推进分系统推进舱的所有温度、压力、位移模拟量遥测，还负责推进舱推进控制驱动器，以及补加控制驱动器数字量遥测信息的采集、转换和编码发送等。补加管理器控制了浮动断接器，保证补加过程中的密闭。”中国航天科技集团九院539厂综合电子产品事业部部长叶剑锋介绍，要实现这么多功能，就需要推进管理器和补加管理器协同工作。通信总线是推进管理器的“神经”，它指挥驱动器工作;传感器及模拟量采集则被称为推进管理器的“眼睛”，用来获知推进分系统各部位的状态，譬如哪里“受冻(温度低)”了、哪里“病变(阀门坏)”了、是否“渴(燃料储量低)”了等等。
　　KX6-3到位开关，则是此次天舟一号下达补给和分离指令的“密匙”。“在加注与分离两个关键步骤中，到位开关都担负着重要使命。”中国航天科技集团九院郑州航天公司副总经理薛云智说，“它们被安装在天舟一号推进分系统浮动断接器插合与分离面的两端，用于判断天舟一号与天宫二号推进剂加注口插合、密封是否具备补给条件。待加注完毕后，到位开关还将判断补加系统是否具备分离条件，确保推进剂补加系统正常分离。”
　　“能源基地”提供重要保障
　　此次补加推进剂，需要大型液体燃料贮箱。而贮箱膜盒则是该贮箱的核心部件，也是空间站燃料储存的“能源基地”，可实现“反复加注、重复使用”的目标，属国内首创。
　　“这项技术的突破和掌握，使原本只能在一定时间内运行的飞船变为长期在太空运行的‘工作站’。”中国航天科工集团四院307厂膜盒技术总负责人赵妍介绍，当天宫二号贮箱膜盒里的燃料排放到一定程度需要补充时，由天舟货运飞船将燃料带入太空，在与天宫二号对接后，实施膜盒燃料的加注，如此反复，确保空间站在太空长期运行。
　　谈及该技术研制情况时，赵妍回忆道：“当年，这项技术可供参考的资料极少，项目团队‘十年磨一剑’，边摸索边验证，最终掌握了膜盒研制的关键技术。”贮箱膜盒为空间站运行提供了源源不断的动力支撑，也将为中国迈入“空间站时代”提供重要保障。

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