4月29日，長(zhǎng)征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭在位于海南的文昌航天發(fā)射場(chǎng)一飛沖天，成功將我國(guó)空間站天和核心艙精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道。
這意味著，我國(guó)空間站建設(shè)正式拉開序幕，天和核心艙作為搭建我國(guó)空間站的“第一塊積木”，率先成功落戶于中國(guó)空間站核心位置，在中國(guó)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(mèng)天”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙交會(huì)對(duì)接，共同組建成T字型的天宮空間站，為我國(guó)開展一系列太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究提供至少15年以上的全力保障。
作為一項(xiàng)長(zhǎng)期工程，空間站建設(shè)需要經(jīng)過每個(gè)艙段較為漫長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)時(shí)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(duì)承擔(dān)著全部核心艙推進(jìn)與補(bǔ)加系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制工作。
長(zhǎng)征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭在位于海南的文昌航天發(fā)射場(chǎng)一飛沖天。史嘯 攝
核心艙推進(jìn)系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化
為實(shí)現(xiàn)至少在軌運(yùn)行15年的設(shè)計(jì)壽命要求，核心艙推進(jìn)系統(tǒng)成為了截至目前中國(guó)航天飛行器當(dāng)中最為復(fù)雜的推進(jìn)系統(tǒng)。超長(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(yàn)，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(jì)研制團(tuán)隊(duì)確保所有主機(jī)無單點(diǎn)故障，實(shí)現(xiàn)全冗余；改氣路管路活連接為焊接，以降低增壓氣體長(zhǎng)期在軌的泄漏風(fēng)險(xiǎn)；液路管路全部采用兩道密封設(shè)計(jì)，以保證管路長(zhǎng)期在軌的密封可靠性；對(duì)補(bǔ)加系統(tǒng)關(guān)鍵單機(jī)——壓氣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)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(zhǎng)顧帥華介紹，本次核心艙發(fā)射任務(wù)中，“三個(gè)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(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新，是較2017年天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船實(shí)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(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化的高難度技術(shù)突破?？蒲腥藛T為其研制出全新的自動(dòng)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(shí)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(duì)歷經(jīng)十余年艱苦拼搏，突破國(guó)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(yàn)驗(yàn)證，首創(chuàng)國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的壓氣機(jī)及浮動(dòng)斷接器，為我國(guó)后續(xù)大型空間站建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！疤占佑汀奔夹g(shù)的成功填補(bǔ)了我國(guó)航天領(lǐng)域的空白，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)空間推進(jìn)領(lǐng)域的一次技術(shù)跨越。
我國(guó)航天器上首次有了“電推進(jìn)”的身影
另一項(xiàng)首次創(chuàng)新，是核心艙推進(jìn)系統(tǒng)除了配備4臺(tái)軌控發(fā)動(dòng)機(jī)、22臺(tái)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)這些在航天技術(shù)中常用的常規(guī)動(dòng)力以外，還額外配置了四臺(tái)霍爾電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，首次將電推進(jìn)動(dòng)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(huì)因?yàn)榈厍蛞τ绊戃壍栏叨?，需要發(fā)動(dòng)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(shí)間長(zhǎng)的特性，“細(xì)水長(zhǎng)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(guó)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(guó)首臺(tái)霍爾推力器、首臺(tái)多模式霍爾推力器、首套霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)霍爾電推進(jìn)的首次空間飛行，使我國(guó)繼俄、美、歐之后第四個(gè)掌握霍爾電推進(jìn)技術(shù)。并于2020年成功完成我國(guó)首款20千瓦大功率霍爾推力器點(diǎn)火試驗(yàn)，其成功研發(fā)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)霍爾電推力從毫牛級(jí)向牛級(jí)的跨越。
本次發(fā)射任務(wù)中這項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用，將對(duì)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(guó)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(jì)了出艙更換維修方案
第三個(gè)首次是六院801所研發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)核心艙在軌15年的壽命要求，結(jié)合實(shí)際需求和產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，在以往可靠性設(shè)計(jì)、安全性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上增加了維修性設(shè)計(jì)，首次設(shè)計(jì)了包括控制驅(qū)動(dòng)器、霍爾電推進(jìn)發(fā)動(dòng)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(hào)貨運(yùn)飛船圓滿完成對(duì)天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室三次推進(jìn)劑補(bǔ)加之后，壓氣機(jī)、浮動(dòng)斷接器等關(guān)鍵設(shè)備表現(xiàn)完美，并且我國(guó)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(duì)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)始終保持正常可靠工作。
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(guó)空間站建設(shè)的重點(diǎn)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)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(duì)，他們承擔(dān)著目前我國(guó)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）
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