4月29日，長征五號B遙二運(yùn)載火箭在位于海南的文昌航天發(fā)射場一飛沖天，成功將我國空間站天和核心艙精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道。
這意味著，我國空間站建設(shè)正式拉開序幕，天和核心艙作為搭建我國空間站的“第一塊積木”，率先成功落戶于中國空間站核心位置，在中國航天科技集團(tuán)有限公司六院研制的空間推進(jìn)系統(tǒng)支撐下，靜候與“問天”及“夢天”兩個實驗艙交會對接，共同組建成T字型的天宮空間站，為我國開展一系列太空科學(xué)實驗與研究提供至少15年以上的全力保障。
作為一項長期工程，空間站建設(shè)需要經(jīng)過每個艙段較為漫長的發(fā)射周期從而疊加組建。核心艙內(nèi)包括了全套的生命維持裝置，并為航天員初期駐留及科研準(zhǔn)備好了所需的全部物質(zhì)條件，居住區(qū)、科研區(qū)一應(yīng)俱全，雖是“小戶型”，卻能發(fā)揮大作用。此后，還需要貨運(yùn)飛船完成與核心艙的對接，提供必要的航天員生活物資及推進(jìn)劑的補(bǔ)加，才能長時間維持其正常運(yùn)行和航天員正常生活。航天科技集團(tuán)六院空間推進(jìn)系統(tǒng)研制團(tuán)隊承擔(dān)著全部核心艙推進(jìn)與補(bǔ)加系統(tǒng)設(shè)計研制工作。
長征五號B遙二運(yùn)載火箭在位于海南的文昌航天發(fā)射場一飛沖天。史嘯 攝
核心艙推進(jìn)系統(tǒng)首次實現(xiàn)完全自動化
為實現(xiàn)至少在軌運(yùn)行15年的設(shè)計壽命要求，核心艙推進(jìn)系統(tǒng)成為了截至目前中國航天飛行器當(dāng)中最為復(fù)雜的推進(jìn)系統(tǒng)。超長時間的在軌工作使核心艙增壓及推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)、控制和采集系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)以及補(bǔ)加系統(tǒng)的可靠性面臨異常嚴(yán)苛的考驗，需要大幅度提升冗余度，從而保證一旦發(fā)生一重故障，設(shè)備仍能繼續(xù)正常工作；即使產(chǎn)生兩重故障，仍能確保飛行器安全。
為保證推進(jìn)系統(tǒng)的可靠性，六院801所設(shè)計研制團(tuán)隊確保所有主機(jī)無單點(diǎn)故障，實現(xiàn)全冗余；改氣路管路活連接為焊接，以降低增壓氣體長期在軌的泄漏風(fēng)險；液路管路全部采用兩道密封設(shè)計，以保證管路長期在軌的密封可靠性；對補(bǔ)加系統(tǒng)關(guān)鍵單機(jī)——壓氣機(jī)進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)，大大提高了其使用壽命。
據(jù)六院801所載人航天推進(jìn)系統(tǒng)部部長顧帥華介紹，本次核心艙發(fā)射任務(wù)中，“三個首次”成為了攻破“史上最復(fù)雜”推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵。首先一項關(guān)鍵創(chuàng)新，是較2017年天舟一號貨運(yùn)飛船實施“太空加油”的精彩表現(xiàn)，本次核心艙推進(jìn)系統(tǒng)首次實現(xiàn)了完全自動化的高難度技術(shù)突破?？蒲腥藛T為其研制出全新的自動補(bǔ)加程序，使其不再需要地面指令干預(yù)或是航天員的輔助，即可實現(xiàn)完全自主補(bǔ)加。
“太空加油”技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備由六院801所完全自主研制，科研團(tuán)隊歷經(jīng)十余年艱苦拼搏，突破國外技術(shù)封鎖，完成了一系列核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備攻關(guān)，并通過多輪地面試驗驗證，首創(chuàng)國內(nèi)自主研發(fā)的壓氣機(jī)及浮動斷接器，為我國后續(xù)大型空間站建設(shè)奠定了堅實基礎(chǔ)?！疤占佑汀奔夹g(shù)的成功填補(bǔ)了我國航天領(lǐng)域的空白，實現(xiàn)了我國空間推進(jìn)領(lǐng)域的一次技術(shù)跨越。
我國航天器上首次有了“電推進(jìn)”的身影
另一項首次創(chuàng)新，是核心艙推進(jìn)系統(tǒng)除了配備4臺軌控發(fā)動機(jī)、22臺姿控發(fā)動機(jī)這些在航天技術(shù)中常用的常規(guī)動力以外，還額外配置了四臺霍爾電推進(jìn)發(fā)動機(jī)，首次將電推進(jìn)動力應(yīng)用到航天器上?？臻g站在圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，會因為地球引力影響軌道高度，需要發(fā)動機(jī)消耗額外推進(jìn)劑來抬升軌道。
而霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)以其推力小、精確調(diào)整、工作時間長的特性，“細(xì)水長流”地發(fā)揮作用，輔助空間站抵抗軌道衰減，維持在原定軌道上正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可有效節(jié)省核心艙自帶推進(jìn)劑的消耗，保證推進(jìn)劑的合理充分利用。
六院801所于1994年在國內(nèi)率先開展霍爾電推進(jìn)技術(shù)和應(yīng)用研究，研制了我國首臺霍爾推力器、首臺多模式霍爾推力器、首套霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)，實現(xiàn)了我國霍爾電推進(jìn)的首次空間飛行，使我國繼俄、美、歐之后第四個掌握霍爾電推進(jìn)技術(shù)。并于2020年成功完成我國首款20千瓦大功率霍爾推力器點(diǎn)火試驗，其成功研發(fā)實現(xiàn)了我國霍爾電推力從毫牛級向牛級的跨越。
本次發(fā)射任務(wù)中這項新技術(shù)的應(yīng)用，將對空間站在近地軌道的運(yùn)行提供極大的幫助，也體現(xiàn)出了我國航天技術(shù)的又一卓越性。據(jù)悉，目前霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)已廣泛運(yùn)用于衛(wèi)星，將在未來幾年內(nèi)參與執(zhí)行高密度發(fā)射任務(wù)。
首次為航天員設(shè)計了出艙更換維修方案
第三個首次是六院801所研發(fā)團(tuán)隊根據(jù)核心艙在軌15年的壽命要求，結(jié)合實際需求和產(chǎn)品風(fēng)險評估，在以往可靠性設(shè)計、安全性設(shè)計的基礎(chǔ)之上增加了維修性設(shè)計，首次設(shè)計了包括控制驅(qū)動器、霍爾電推進(jìn)發(fā)動機(jī)氣瓶等設(shè)備可由航天員出艙在軌更換維修的方案。
繼2017年天舟一號貨運(yùn)飛船圓滿完成對天宮二號空間實驗室三次推進(jìn)劑補(bǔ)加之后，壓氣機(jī)、浮動斷接器等關(guān)鍵設(shè)備表現(xiàn)完美，并且我國已成功掌握補(bǔ)加管路推進(jìn)劑吹除技術(shù)，可保證補(bǔ)加管路清潔，后續(xù)可進(jìn)行多次推進(jìn)劑補(bǔ)加。六院801所科研團(tuán)隊通過多管齊下，將全力確保至少15年使用壽命期間內(nèi)推進(jìn)系統(tǒng)始終保持正?？煽抗ぷ?。
記者了解到，天和核心艙作為空間站的管理和控制中心，是我國空間站建設(shè)的重點(diǎn)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。設(shè)計研制其推進(jìn)系統(tǒng)及補(bǔ)加系統(tǒng)的六院801所載人航天推進(jìn)系統(tǒng)部是一支由30人組成、年輕人居多的團(tuán)隊，他們承擔(dān)著目前我國載人航天工程所有飛行器推進(jìn)系統(tǒng)的研制工作。(記者 李玉坤 通訊員 朱怡藍(lán))
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
晉公網(wǎng)安備 14090202000008號 
