在太空中“加油”不简单

4月27日19时07分，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室成功完成首次推进剂在轨补加试验，标志天舟一号飞行任务取得圆满成功。图为当日拍摄的指挥控制大厅全景。新华社记者琚振华摄

■本报记者　张晓鸣　许琦敏

天舟一号货运飞船最大的亮点，是与天宫二号空间实验室交会对接后完成推进剂补给，即所谓的“太空加油”，开展推进剂在轨补加技术验证，为我国后续大型空间站建设奠定基础。

那么，“太空加油”和我们平时在陆地上加油有什么不同？

要让天舟一号把“加油枪”准确无误地插入“加油口”，两个航天器的对接机构要衔接得严丝合缝。之前天宫与神舟的交会对接被媒体比喻为“在茫茫太空中穿针引线”，此次天舟一号身兼液体补加任务，对于对接精度的要求更是高了一倍。

中国航天科技集团八院对接机构主任设计师邱华勇所在的研制团队创新设计，在已经生产好的上天产品上增加了四个液路浮动断接器及若干补加管路的安装接口。作为连接通道，断接器是可浮动的，借此消除两个高速飞行航天器对接机构对接时的偏差影响。

不光要“对得上”，还要能“分得开”。邱华勇介绍，“就好像笔杆和笔帽的关系，笔帽卡得太紧，有可能拔不下来。”

“万一出现这种状况，对接机构的分离推杆力能克服故障状态下的分离力，使航天器正常分离。”一直从事天宫二号对接机构研制工作的副主任设计师丁立超说。

“太空加油”的一个前提条件是，受加注方空间站或空间实验室要具备可重复接受加注的能力。

中国航天科技集团六院801所副所长魏青介绍，六院科研人员为天宫二号配备了国内最大的金属膜盒贮箱，内有管理装置，实现箱内的气液分离。贮箱可像手风琴风箱一样推拉往复运动，这样的补加装置能接受上百次加注。对接之后，天宫二号贮箱内的气压由压气机调低，两个航天器燃料贮箱间形成压差，液体推进剂从压力高处向低处流动，实现天舟一号对天宫二号的加注。

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；而货运飞船除含有满足常规推进功能的推进系统外，还具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。因此，研制团队对天舟一号的常规推进系统和在轨补加系统进行了国内首创的一体化设计。据六院801所货运飞船推进分系统主管设计师苗鹏介绍，这个一体化设计使推进系统与补加系统之间通过隔离和沟通，来实现推进剂的最大利用。此外，“当其中一个系统出现故障时，可以通过隔离及切换，确保推进和补加功能均可顺利完成。”魏青说。

此外，天舟一号货运飞船系统总体副主任设计师雷剑宇说，“太空加油”采用的是无增压气体损耗的气体回用法。这种方法系统设计难度较大，但气体资源利用率高。与日常生活中的加油不同，“太空加油”不仅要加注燃料，还需要加注供燃料燃烧的氧化剂。燃烧剂和氧化剂两者不能“见面”，否则会发生爆炸。其加注是由两套系统独立完成的，加注时序也不同。

雷剑宇介绍，在轨推进剂补加技术是继天地往返、交会对接、航天员中长期驻留技术后，中国载人航天工程突破的又一项关键技术，目前国际上掌握该技术的只有俄罗斯和美国等少数国家，其中，实现在轨加注应用的只有俄罗斯。