[科普中国]-中国航天，迈入空间站时代

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。（记者余建斌 刘诗瑶）

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