首次“太空加油”完成：中国航天迈入空间站时代

4月27日晚，备受期待的“太空加油”上演了。天舟一号货船和天宫二号航天实验室在离地面393公里的高空完成了推进剂补给。

验证推进剂在轨补充技术是天州一号这次最重要的任务之一。这也是中国空间站后续建设的一项关键技术。突破和掌握推进剂补充技术可以解决空间站的能源供应问题，使空间站能够长时间运行，宇航员能够长时间留在空间站。

“太空加油”的成功完成和天州一号“太空快车”的成功交付标志着天州一号任务的圆满完成。中国载人航天工程完成了“三步走”的第二步，中国航天事业进入了“空间站时代”。

推进剂补充将持续5天，并将在未来进行两次。

4月23日7点26分，天州一号和天宫二号开始了为期五天的推进剂补给试验。这是天宫二号与货船之间的首次推进剂补给试验，也是中国的首次推进剂补给试验。

“太空加油”不仅在离地面的高度上比空中加油高，而且在技术复杂性上也比空中加油高。补充实施持续5天，地面需要进行整个补充过程和长期的状态监控，对地面自动监控提出了更高的要求。补给过程非常复杂。推进剂补充试验分为几个阶段，多达29个步骤。控制的风险很高。首次实施在轨补给，涉及船上气体、液体回路设备、减压阀超压、液体回路泄漏等情况，危及全船安全。地面控制必须确保正确。

北京航天控制中心飞行控制中心总设计师江平表示，太空推进剂补给包括氧化剂和推进剂两种推进剂。对设计的安全性和可靠性提出了越来越高的要求。它还需要考虑对两个航天器目标、数百个阀门、数百米管道以及数十个关键设备和软件的控制。此外，整个补货过程包括如此多的步骤，每一步都包括许多分支和指令。这些步骤与指令层层绑定和链接，不会有任何错误。

航天专家表示，天州一号与天宫二号对接后，推进剂通过两个航天器之间产生的气压不断从天州一号输送到天宫二号。虽然它看起来像地面加油，但要实现它并不容易。

在轨推进剂补给主要通过安装在对接机构上的4路推进剂补给液路浮动隔离开关实现，相当于在对接机构上安装了加油管道和油枪。为了保证推进剂不泄漏，液路浮动隔离开关的装配精度非常高。

“过去，对接机构也有电路浮动隔离开关，主要实现两架飞机对接后的信号对接，而增加的液体浮动隔离开关是实现在轨补充的连接通道。因为它是一个连接通道，所以对接精度必须更高。”专家说。

此外，在对接和浮动断开插件等“换料”准备就绪后，应对连接在货船和空间实验室之间的补给管道系统进行泄漏检测，以确保补给过程中没有泄漏和补给系统的安全。为此，研究人员在地面进行了几轮测试和验证，以确保在轨补给前顺利进行泄漏检测。

天舟1号也有一个推进剂补给的创新设计。目前，国内航天器只包含一个单一的推进系统，为航天器提供动力。天舟一号货船不仅包含一个满足常规推进功能的推进系统，还包含一个用于空间实验室和空间站的在轨加油系统，两者都是一体化设计。所谓的一体化设计是指推进系统和补给系统之间的连接。在不影响其独立功能的前提下，补充系统的推进剂可以供给推进系统的发动机，推进系统的推进剂可以用于补充，从而实现推进剂的最大利用。此外，在系统故障的情况下，推进和补充功能可以通过隔离和切换成功完成。

在完成第一次推进剂在轨补给后，天州一号货船将在接下来的阶段对天宫二号进行两次在轨补给，以进一步改进技术。

添加“油”后清洗管道也是一个关键环节。

“太空加油”也有一个开关，那就是增加一个驱动器。据专家介绍，附加驱动程序是在轨附加任务中的关键单机，是一个智能管道控制单元。接收到系统指令后，控制液体管路中阀门的开启和关闭，同时调节流量和流量，保证推进剂补充的安全进行。它实际上安装在天宫二号上。

在伴随天宫二号的半年里，助推器驾驶员已经熟悉了太空的工作和环境，并进行了许多在轨试验和验证，只等天宫二号和天舟一号在交会对接后充分利用它们的能量中国航天科技集团第八研究院对接机构控制子系统副主任设计师丁成华表示。

添加“油”后，管道必须清洗，即吹掉，这也是“太空加油”的一个关键环节。

据航天专家介绍，在货船完成航天实验室的推进剂补给后，为了保持管道的清洁，使后续的补给可以多次进行，补给管道中的推进剂应该被吹掉，并且在吹掉过程中尽量不要污染飞机的表面。为了在空间真空环境中吹出液体推进剂，两个研究小组一起进行了几轮推进剂吹出试验，确定了吹出方案，可用于地面验证后在轨补给后的推进剂吹出。

管道吹气也是由地面飞行控制技术人员“指挥”航天器完成的。在任务期间，阀门开启顺序和时间间隔必须完全相同，否则可能导致推进剂冻结并堵塞辅助管道。

“我们的推进剂补给过程动态规划技术可以很好地解决这个问题，保证补给过程的顺利进行。”江平说道。