中國航天“快遞小哥”天舟一號“太空加油”的技術(shù)細(xì)節(jié)

新華社上海4月20日電題：專家揭秘：中國航天“快遞小哥”天舟一號“太空加油”的技術(shù)細(xì)節(jié)

新華社記者張建松

成功發(fā)射的天舟一號是我國自主研制的首艘貨運飛船，被形象地稱為中國航天的“快遞小哥”。在茫茫太空，這位從地球上乘坐火箭遠(yuǎn)道而來的“快遞小哥”，將補充推進(jìn)劑快遞給“天宮二號”的時候，有哪些不為人知的技術(shù)細(xì)節(jié)呢？

在軌補加推進(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。此次，天舟一號與天宮二號將進(jìn)行3次交會對接，并將首次進(jìn)行在軌補加推進(jìn)劑的試驗，即“太空加油”?！疤占佑汀钡摹肮苈贰焙汀肮軜尅?，都安裝在天舟一號與天宮二號的對接機構(gòu)上。

據(jù)中國航天科技集團(tuán)公司上海航天技術(shù)研究院對接機構(gòu)負(fù)責(zé)人靳宗向介紹，在軌推進(jìn)劑補加，主要是通過安裝在對接機構(gòu)上的4個“液路浮動斷接器”來實現(xiàn)的。當(dāng)天舟一號與天宮二號對接完成后，分別裝在兩個對接框上的2組“液路浮動斷接器”將完成通道對接，形成管路循環(huán)系統(tǒng)。此后，天舟一號上裝載的燃料、氧化劑等液體物資，就可以通過管路輸送到天宮二號上。

安裝在天宮二號上的“補加驅(qū)動器”是太空加油的關(guān)鍵單機之一。接到系統(tǒng)指令后，它將控制液體管路閥門的開關(guān)，同時調(diào)節(jié)流量、流速，確保兩個航天器之間的推進(jìn)劑補加安全進(jìn)行。

由上海航天技術(shù)研究院自主研制的“異體同構(gòu)周邊式”對接機構(gòu)，是目前國際上最先進(jìn)、最復(fù)雜的機電一體化對接機構(gòu)。自2011年首次在太空“登臺亮相”以來，曾確保了神舟八號、神舟九號、神舟十號與天宮一號的6次交會對接；也順利完成了神舟十一號與天宮二號實現(xiàn)交會對接，并實現(xiàn)30天中長期組合體運行。

據(jù)靳宗向介紹，此次交會對接，由于天舟一號重達(dá)13噸，對接機構(gòu)必須具備與“重量級”大噸位航天器的對接能力。上海航天設(shè)計師們通過大量的技術(shù)攻關(guān)和方案論證，提出“可控阻尼”的控制思路，研制了全新的可控阻尼器。通過大量的仿真分析和無數(shù)次地面環(huán)境試驗，驗證了對接機構(gòu)能適應(yīng)未來空間站建造階段8－180噸的各種噸位、各種方式對接，包括偏心對接的需要。

與此相適應(yīng)，對接機構(gòu)的控制器和驅(qū)動器也進(jìn)行了相應(yīng)升級，承擔(dān)整個交會對接以及艙體分離過程中，對接機構(gòu)的控制和驅(qū)動功能，是交會對接任務(wù)的控制中樞。由于對接機構(gòu)上增加了液路浮動斷接器及補加管路的安裝接口，不僅實現(xiàn)兩個飛行器的信號對接，同時也實現(xiàn)在軌補加的通道對接，對接精度要比以往提高一倍。

天舟一號完成與天宮二號交會對接、進(jìn)入組合體飛行模式后，安裝在天宮二號上的“補加驅(qū)動器”，還將在六個月的空間實驗室任務(wù)中，開展補加功能的試驗驗證工作。這將是我國第一次在軌驗證和實施空間飛行器的燃料加注和回收技術(shù)。

在組合體飛行過程中，由上海航天研制的“推進(jìn)控制驅(qū)動器”，將執(zhí)行控制系統(tǒng)指令，控制所有發(fā)動機和管路閥門，對組合體進(jìn)行姿態(tài)和軌道控制。是推進(jìn)系統(tǒng)的控制中樞，對任務(wù)成敗起關(guān)鍵作用。

據(jù)上海航天技術(shù)研究院相關(guān)負(fù)責(zé)人王有波介紹，為了確保天舟一號與天宮二號安全準(zhǔn)確地實現(xiàn)交會對接、分離和太空加油，對接機構(gòu)控制器和驅(qū)動器、推進(jìn)控制驅(qū)動器、補加驅(qū)動器等關(guān)鍵單機，均從功能上作了多重備份。在電路設(shè)計和軟件構(gòu)架上，加入了多重的冗余措施，應(yīng)用了三機冗余、冷熱備份、在軌自主診斷切換、軟件在軌單粒子防護(hù)等多項技術(shù)，幾乎用盡了所能想到的所有手段，以確保萬無一失。