天舟一號(hào)發(fā)射升空后，萬(wàn)眾矚目的“太空加油”即將上演。飛機(jī)空中加油本已是高難度、高風(fēng)險(xiǎn)，而重達(dá)13噸的飛行器，在每小時(shí)29萬(wàn)千米的太空高速飛行過(guò)程中要精準(zhǔn)對(duì)接，并點(diǎn)滴不漏地完成推進(jìn)劑補(bǔ)加，其難度已經(jīng)超出常人想象。
幸運(yùn)的是，科研人員為天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船和天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了三大法寶，保障推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加這個(gè)任務(wù)順利進(jìn)行。
第一大法寶是對(duì)接機(jī)構(gòu)全新升級(jí)，精度提高一倍。進(jìn)行推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加是天舟一號(hào)的重要任務(wù)，而對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)在其中扮演著重要角色，為完成這一使命，天舟一號(hào)對(duì)接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了全新升級(jí)，可稱為對(duì)接機(jī)構(gòu)2.0版。在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加主要通過(guò)安裝在對(duì)接機(jī)構(gòu)上的4路推進(jìn)劑補(bǔ)加液路浮動(dòng)斷接器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就相當(dāng)于加油的管路和油槍都安裝在了第二代對(duì)接機(jī)構(gòu)產(chǎn)品上。而油槍能否準(zhǔn)確無(wú)誤地插入加油口，就得看對(duì)接的初始精度。天舟一號(hào)要順利地把推進(jìn)劑供給天宮二號(hào)，兩個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)必須對(duì)接得嚴(yán)絲合縫，因此此次對(duì)接要求精度提高一倍。
“接到液體補(bǔ)加要求的精度指標(biāo)，我們著實(shí)苦惱了一陣。”中國(guó)航天科技集團(tuán)公司八院對(duì)接機(jī)構(gòu)主任設(shè)計(jì)師邱華勇說(shuō)，對(duì)接機(jī)構(gòu)不僅要確保液路補(bǔ)加能夠高精度的對(duì)上，還要確保能夠100%分得開(kāi)，“就好像鋼筆和筆帽的關(guān)系，若筆帽卡得過(guò)緊，有可能拔不下來(lái)了。”
雖然在正常情況下，并不存在對(duì)接機(jī)構(gòu)分不開(kāi)的情況，但是萬(wàn)一出現(xiàn)意外，對(duì)接機(jī)構(gòu)系統(tǒng)如何應(yīng)對(duì)呢?中國(guó)航天科技集團(tuán)公司八院對(duì)接機(jī)構(gòu)副主任設(shè)計(jì)師丁立超介紹說(shuō)：“出現(xiàn)意外狀況時(shí)，對(duì)接機(jī)構(gòu)的分離推桿便開(kāi)始工作。大量計(jì)算和力學(xué)試驗(yàn)表明，我們的分離推桿力能夠克服故障狀態(tài)下的分離力，使航天器正常分離。”
第二大法寶是補(bǔ)加驅(qū)動(dòng)器，為首次在軌補(bǔ)加把好關(guān)。補(bǔ)加驅(qū)動(dòng)器是在軌補(bǔ)加任務(wù)中的關(guān)鍵單機(jī)，是智能的管路控制單元，它在接收到系統(tǒng)指令后控制液體管路閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，同時(shí)調(diào)節(jié)流量、流速保證推進(jìn)劑補(bǔ)加過(guò)程安全進(jìn)行。
“與天宮二號(hào)相伴的大半年時(shí)光里，補(bǔ)加驅(qū)動(dòng)器早已熟悉了太空中的各項(xiàng)工作和環(huán)境，并多次開(kāi)展在軌試驗(yàn)驗(yàn)證，只等天宮二號(hào)與天舟一號(hào)交會(huì)對(duì)接后大展拳腳。”中國(guó)航天科技集團(tuán)八院對(duì)接機(jī)構(gòu)控制子系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師丁承華說(shuō)。
第三大法寶是推進(jìn)系統(tǒng)，“太空加油”的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備。據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)公司六院801所的專家介紹，目前國(guó)內(nèi)空間飛行器只含有單一的推進(jìn)系統(tǒng)為飛行器提供動(dòng)力，貨運(yùn)飛船除含有滿足常規(guī)推進(jìn)功能的推進(jìn)系統(tǒng)外，還具有在軌補(bǔ)加推進(jìn)劑的補(bǔ)加系統(tǒng)，同時(shí)將其一體化設(shè)計(jì)。所謂一體化設(shè)計(jì)，就是推進(jìn)系統(tǒng)與補(bǔ)加系統(tǒng)之間連接起來(lái)，在不影響各自獨(dú)立功能的前提下，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)加系統(tǒng)的推進(jìn)劑供應(yīng)推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工作，推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)劑可以用于補(bǔ)加，從而實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的最大利用。
為了確保飛行器順利在軌運(yùn)行，通常需地面進(jìn)行多次對(duì)管路系統(tǒng)充壓檢漏，確保系統(tǒng)漏率合格;貨運(yùn)飛船在對(duì)接及浮動(dòng)斷接器插合完成后，還需要對(duì)貨運(yùn)飛船和天宮二號(hào)連接起來(lái)的補(bǔ)加管路系統(tǒng)進(jìn)行檢漏，確保補(bǔ)加過(guò)程中無(wú)泄漏及補(bǔ)加系統(tǒng)的安全;在貨運(yùn)飛船完成推進(jìn)劑補(bǔ)加后，為保持管路清潔以便可以進(jìn)行后續(xù)多次補(bǔ)加，還要對(duì)補(bǔ)加管路里的推進(jìn)劑進(jìn)行吹除，而在太空真空環(huán)境下吹除液體推進(jìn)劑，國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例，研制團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)摸索確定了相應(yīng)吹除方案，確保后續(xù)補(bǔ)加的順利進(jìn)行。
