中國航天“快遞小哥”天舟一號(hào)“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(hào)“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(hào)是我國自主研制的首艘貨運(yùn)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(bǔ)充推進(jìn)劑快遞給“天宮二號(hào)”的時(shí)候，有哪些不為人知的技術(shù)細(xì)節(jié)呢？

在軌補(bǔ)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(hào)與天宮二號(hào)將進(jìn)行3次交會(huì)對(duì)接，并將首次進(jìn)行在軌補(bǔ)加推進(jìn)劑的試驗(yàn)，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(hào)與天宮二號(hào)的對(duì)接機(jī)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(duì)接機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人靳宗向介紹，在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加，主要是通過安裝在對(duì)接機(jī)構(gòu)上的4個(gè)“液路浮動(dòng)斷接器”來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)天舟一號(hào)與天宮二號(hào)對(duì)接完成后，分別裝在兩個(gè)對(duì)接框上的2組“液路浮動(dòng)斷接器”將完成通道對(duì)接，形成管路循環(huán)系統(tǒng)。此后，天舟一號(hào)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(hào)上。

安裝在天宮二號(hào)上的“補(bǔ)加驅(qū)動(dòng)器”是太空加油的關(guān)鍵單機(jī)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(shí)調(diào)節(jié)流量、流速，確保兩個(gè)航天器之間的推進(jìn)劑補(bǔ)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(duì)接機(jī)構(gòu)，是目前國際上最先進(jìn)、最復(fù)雜的機(jī)電一體化對(duì)接機(jī)構(gòu)。自2011年首次在太空“登臺(tái)亮相”以來，曾確保了神舟八號(hào)、神舟九號(hào)、神舟十號(hào)與天宮一號(hào)的6次交會(huì)對(duì)接；也順利完成了神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，并實(shí)現(xiàn)30天中長期組合體運(yùn)行。

據(jù)靳宗向介紹，此次交會(huì)對(duì)接，由于天舟一號(hào)重達(dá)13噸，對(duì)接機(jī)構(gòu)必須具備與“重量級(jí)”大噸位航天器的對(duì)接能力。上海航天設(shè)計(jì)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(yàn)，驗(yàn)證了對(duì)接機(jī)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(duì)接，包括偏心對(duì)接的需要。

與此相適應(yīng)，對(duì)接機(jī)構(gòu)的控制器和驅(qū)動(dòng)器也進(jìn)行了相應(yīng)升級(jí)，承擔(dān)整個(gè)交會(huì)對(duì)接以及艙體分離過程中，對(duì)接機(jī)構(gòu)的控制和驅(qū)動(dòng)功能，是交會(huì)對(duì)接任務(wù)的控制中樞。由于對(duì)接機(jī)構(gòu)上增加了液路浮動(dòng)斷接器及補(bǔ)加管路的安裝接口，不僅實(shí)現(xiàn)兩個(gè)飛行器的信號(hào)對(duì)接，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)在軌補(bǔ)加的通道對(duì)接，對(duì)接精度要比以往提高一倍。

天舟一號(hào)完成與天宮二號(hào)交會(huì)對(duì)接、進(jìn)入組合體飛行模式后，安裝在天宮二號(hào)上的“補(bǔ)加驅(qū)動(dòng)器”，還將在六個(gè)月的空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)中，開展補(bǔ)加功能的試驗(yàn)驗(yàn)證工作。這將是我國第一次在軌驗(yàn)證和實(shí)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(dòng)器”，將執(zhí)行控制系統(tǒng)指令，控制所有發(fā)動(dòng)機(jī)和管路閥門，對(duì)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(duì)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(hào)與天宮二號(hào)安全準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接、分離和太空加油，對(duì)接機(jī)構(gòu)控制器和驅(qū)動(dòng)器、推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器、補(bǔ)加驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵單機(jī)，均從功能上作了多重備份。在電路設(shè)計(jì)和軟件構(gòu)架上，加入了多重的冗余措施，應(yīng)用了三機(jī)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(xiàng)技術(shù)，幾乎用盡了所能想到的所有手段，以確保萬無一失。