眾所周知，航天器在軌運行期間，需要消耗推進(jìn)劑來維持軌道和姿態(tài)，也就說常說的太空漫游。但航天器發(fā)射時所攜帶的推進(jìn)劑的量是一定的，推進(jìn)劑消耗完畢，也就意味著航天器壽命的終結(jié)。沒油了，怎么辦呢？推進(jìn)劑補加技術(shù)則突破了這種局限。也就是說，一旦宇宙空間站沒有能量了，在宇宙中懸浮了，動不了了，就可以發(fā)射航天器到太空中給宇宙空間站輸送能量，使得宇宙空間站的壽命大大延長。“天宮二號”是我國第一個具備太空補加功能的載人航天實驗室，并將首次進(jìn)行推進(jìn)劑太空補加技術(shù)試驗，為以后空間站任務(wù)提供技術(shù)儲備。

火箭發(fā)射

天空實驗室內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

推進(jìn)劑補加，原理貌似簡單，就如同給汽車加油一樣，但要在太空中實現(xiàn)這一任務(wù)，是世界范圍內(nèi)的難題。推進(jìn)劑不同于汽油、柴油，它具有高毒性和強腐蝕性，即便在地面進(jìn)行加注，也需要二十幾個人小心翼翼地操作一周左右。在太空失重的環(huán)境下，完全通過程序控制實現(xiàn)推進(jìn)劑的在軌補加，難度可想而知！

“目前我們已掌握的交會對接技術(shù)只是空間站關(guān)鍵技術(shù)之一，能實現(xiàn)向空間站送人運貨?！?br/>
航天科技集團(tuán)六院質(zhì)量技術(shù)部副部長譚松林說，目前國際上只有俄羅斯完全掌握了空間站補加技術(shù)，國際空間站這部分功能主要由俄羅斯完成。美國雖然開展了相關(guān)實驗，但沒有建成實用性系統(tǒng)。歐空局、日本也有飛船能實現(xiàn)推進(jìn)劑補加，但不能說完全掌握。

補加過程是幾十個串聯(lián)步驟的復(fù)雜流程，稍有操作不當(dāng)就可能全盤失敗，補加流程該怎樣設(shè)計是關(guān)鍵的一步，用什么方案，是保證后續(xù)設(shè)計制造的根本。

“因為國內(nèi)外沒有相關(guān)資料可供參考，所以只能通過仿真計算得到理論的補加參數(shù)，再根據(jù)系統(tǒng)原理圖推演貨運飛船和空間實驗室交會對接后的工作模式，初步確定出可行的補加流程方案，再通過試驗加以驗證?！必?fù)責(zé)此次項目的航天科技集團(tuán)六院801所副主任設(shè)計師顧帥華說。

為確定不同方案的優(yōu)劣，尋求最為優(yōu)化的補加流程，為此，航天工作者還做了兩次真空吹除試驗，確定了最為優(yōu)化的吹除口型面和吹除程序。這也是國內(nèi)首次進(jìn)行的推進(jìn)劑吹除試驗。

“天宮二號”上進(jìn)行推進(jìn)劑補加任務(wù)啟動于2011年天宮一號與神舟八號完成交會對接之后。當(dāng)時，天宮二號的總裝、供電、控制和信息流業(yè)已定型，要在原有的推進(jìn)系統(tǒng)中嵌入補加功能，就要從設(shè)計余量中找到資源提供給新增的補加系統(tǒng)，而且要對天宮二號進(jìn)行系統(tǒng)方案的改裝。對正樣產(chǎn)品進(jìn)行如此大的改裝，這在國內(nèi)尚屬首次，不僅毫無經(jīng)驗可循，而且要求補加系統(tǒng)增加的單機，不能多，不能重，不能大，不能影響原來已經(jīng)安裝的設(shè)備，不能超出控制通道數(shù)量，遙測參數(shù)不能破上限，即便是指令條數(shù)也有嚴(yán)格限制。五年，困難重重，限制重重。

要在天宮二號上增裝補加系統(tǒng)，因為是改裝方案，所以首先要解決的就是系統(tǒng)方案的實現(xiàn)問題。一沒有實物，二沒有技術(shù)參數(shù)，航天六院801所展開了頭腦風(fēng)暴，只有先確定了機電熱的邊界條件。

邊界條件說通俗一點就是考慮模擬宇宙的所有溫度、失重等各種極端條件，然后針對這些排列組合出若干種方案，選擇材料，進(jìn)入實驗室，用計算機模擬得出各種參數(shù)，不斷加以修改和參照。

要實現(xiàn)在軌補加功能，核心單機便是壓氣機，這也是研制難度最大的單機，目前空間站用的小型壓氣機技術(shù)只掌握在極少數(shù)航天強國手中，花費在數(shù)千萬美元，而且由于技術(shù)保護(hù)等原因根本無法購得。甚至連航天大國美國也沒有掌握這一絕密技術(shù)，宇宙空間站也是用俄羅斯的航天器進(jìn)行燃料補燃。而國內(nèi)地面的兩級增壓壓氣機重量不能適應(yīng)空間微重力環(huán)境，無法直接應(yīng)用。

為什么補燃的核心技術(shù)是壓氣機？眾所周知，宇宙中是沒有氣體的，液體在宇宙中失重的條件下是懸浮的，空間站和航天器之中的燃料都是濃縮的液體形態(tài)，沒有壓力，液體是無法流動，而壓氣機的原理就是利用高壓氣體使得液體進(jìn)行流動，簡單說來就是利用壓差原理，進(jìn)行補燃。那么問題來了，壓氣機要想實現(xiàn)液體間的流動，壓氣機中的氣從哪里來？

“我們在對國內(nèi)外壓氣機技術(shù)廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，首先確定了壓氣機的選型和原理性方案，設(shè)計了一種抽氣和壓氣一體的氣壓機，簡單說來就是航天器在運行的時候會因為燃燒產(chǎn)生氣體，這些氣體都是有害的，在航天器中有專門的氣體回收設(shè)備，對這些氣體先進(jìn)行回收儲存，壓氣機再進(jìn)行無縫對接后，壓氣機把空間站燃料室里的回收設(shè)備和燃料室中的氣體先進(jìn)行抽取，使得燃料室中出現(xiàn)真空狀態(tài)，并把新的燃料利用抽取的氣體強大的壓差，注入空間站燃料室?！焙教炜萍技瘓F(tuán)六院801所副主任設(shè)計師顧帥華說。

經(jīng)過一年多的努力，團(tuán)隊完成了首臺壓氣機原理樣機的技術(shù)攻關(guān)，解決了液壓油管理、液壓油供應(yīng)、潤滑和基本性能指標(biāo)的實現(xiàn)等問題。同年完成了工程樣機的總裝，并開始著手工程樣機的測試。殼體成型、失重環(huán)境下的液壓油管理、慣性輪制動、部件發(fā)熱量指標(biāo)控制、對電機啟動過載保護(hù)、流體動密封……五年時間，航天六院先后完成了壓氣機原理樣機、工程樣機、初樣和正樣的研制與生產(chǎn)任務(wù)，攻克了20余項技術(shù)難題，多項技術(shù)申報并獲得國家發(fā)明專利，為我國推進(jìn)劑在軌補加技術(shù)的實現(xiàn)攻破了最為關(guān)鍵的一環(huán)。

“這項技術(shù)的掌握具有廣泛應(yīng)用前景，可用于延長衛(wèi)星等飛行器的壽命，延長飛行器使用的時間，非常有意義。”航天科技集團(tuán)六院質(zhì)量技術(shù)部副部長譚松林說。

譚松林同時介紹，該項任務(wù)還將致力于突破和掌握航天員中期駐留、再生式生命保障等空間站關(guān)鍵技術(shù)。隨著我國載人航天工程的推進(jìn)，航天員的飛行時間越來越長，從楊利偉飛行一天，到神舟十號乘組飛行十多天，中國宇宙空間站一旦建立，后續(xù)任務(wù)的飛行時間還會更長。再生式生命保障技術(shù)，我國也一直在開展研究，但同樣需要時間的積累。此外，任務(wù)中還將開展一定規(guī)模的空間應(yīng)用和大量空間實驗。

按照計劃，我國將于2018年前后發(fā)射試驗性核心艙。核心艙是空間站的核心部分，具備提供能源、變軌、姿態(tài)控制等能力，能支持空間站的基本運行。其入軌飛行后，才能發(fā)射其他艙段與之對接。

我國將在2022年前后研制并發(fā)射基本模塊為20噸級艙段組合的空間站，突破和掌握近地空間站組合體的建造和運營技術(shù)、近地空間站長期載人飛行技術(shù)，開展較大規(guī)模的空間應(yīng)用。

“目前各項研制建設(shè)工作正按預(yù)訂計劃穩(wěn)步推進(jìn)：天宮二號空間實驗室、天舟貨運飛船、長征七號運載火箭、神舟十一號飛船和長征二號F遙十一火箭等主要飛行產(chǎn)品，已進(jìn)入研制生產(chǎn)的關(guān)鍵階段；航天員和有關(guān)地面設(shè)備設(shè)施進(jìn)入飛行任務(wù)準(zhǔn)備階段，空間站核心艙和兩個實驗艙也將全面轉(zhuǎn)入飛行產(chǎn)品的研制試驗階段?！弊T松林說。

（編輯：陳佳雯）