4月22日,天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室順利完成自動交會對接。
天舟一號與天宮二號在軌加注的大戲即將上演。
本次天舟一號的最大看點,就是在軌推進劑補加,媒體通俗地稱之為“太空加油”。太空加油的目的和重要性不言而喻,燃料是基礎中的基礎,沒有燃料的空間站,就好比沒有燃料的汽車。
據中國空間技術研究院貨運飛船系統總體副主任設計師雷劍宇介紹,目前國際上掌握了在軌推進劑補加技術的只有俄羅斯和美國等少數國家,其中,實現在軌加注應用的只有俄羅斯。歐空局、加拿大、日本等機構和國家在此方面也進行著積極的研究探索,國際上在該領域的比拼從未停歇。圍繞在軌補加技術,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,我國科研人員經過比對調研,選用的是無增壓氣體損耗的氣體回用法,這種方法系統設計難度較大,但氣體資源利用率高,一旦突破以后對于今后空間站建設具有重大意義。
雷劍宇向記者簡單介紹了在軌推進劑補加的大致過程,當天舟一號和天宮二號對接鎖緊后,首先檢查補加裝置和管路的氣密性,隨后天宮二號上的壓氣機將手風琴狀的膜盒儲箱中的氣體壓回氣瓶中,這樣不僅做到了被補加方的增壓氣體無損耗,同時在天舟一號和天宮二號的燃料儲箱間形成了壓力差。隨后,推進劑在壓力差的作用下,自動從壓力高的天舟一號儲箱流入壓力低的天宮二號儲箱,當兩側壓力恢復一致時,加注工作完成,最后系統還要進行管路吹除工作,確保兩航天器分離時殘存在管路中的推進劑不會在空間擴散,污染對接機構和航天器表面。
雷劍宇提到,通常所說的推進劑,其實是分為燃燒劑和氧化劑兩種,兩者不能“見面”,否則會發生爆炸,所以推進劑補加系統實際是由燃燒劑加注系統和氧化劑加注系統兩套系統獨立組成的,兩套系統加注時序不同,采用物理隔離,每套系統中還有一組備份管路。作為飛船總體設計單位,我院科研人員對補加系統的組成、控制、診斷等進行了一整套詳細的設計和頂層驗證工作,經過多次地面試驗,天舟一號可以充分滿足天宮二號的推進劑補加需求。雷劍宇同時透露,因為太空補加過程復雜,分為29個步驟,每步都需要精細控制,整個補加過程要持續五天。
本次天舟一號突破和掌握推進劑補加技術,將為我國空間站組裝建造和長期運營掃除在能源供給問題上的最后障礙。展望在軌補加技術的未來,我院科研人員同樣充滿信心,在軌補加技術前景廣闊,可以在此基礎上發展出“在軌補加平臺”等,建設“太空加油站”為衛星等航天器提供推進劑補加服務,甚至在未來,還可以建立中國人的“深空加油站”,為挺進深空提供動力支持。
期待天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室在軌加注取得圓滿成功!