阅读下面的文字,完成下面小题。空间站电推进发动机首次实现在轨“换气”
①在天地协同配合下,“天宫”空间站电推进系统大气瓶完成在轨安装任务,航天科技集团六院801所首次采用“换气”而不是“补气”的方式完成电推进推进剂——氙气的补充。加装了大气瓶的空间站电推进系统,其使用寿命将大大延长,对空间站长期轨道维持和安全平稳飞行起到重要作用。
自带升级“外挂”
②电推进系统,也称电推进发动机,其工作原理是先将氙气等惰性气体转化为带电离子,然后把这些离子加速并喷出以产生推进力,进而完成航天器的姿态控制、轨道修正和轨道维持等任务。
③在“天宫”空间站上的使用,是电推进系统在载人航天领域的首秀——要满足空间站长寿命、可靠性的既定目标,设计人员必须解决在轨补充电推进推进剂的问题。负责抓总空间站电推进系统研制任务的801所设计团队,首次尝试运用在轨“换气”的方式进行补加。
④据801所介绍,2021年“天和”核心舱发射的时候就自带了两个小气瓶,但限于舱内空间,“原装”气瓶的体积并不大,仅供短期使用。此次上天的大气瓶正是他们按计划提供的强有力“外挂”,由于安装在舱外空间限制小,容量翻了好几番,携带的推进剂能支持电推力器更长时间的轨道维持工作。
设计实现“百搭”
⑤为了实现贮气模块的在轨安装,801所电推进系统设计团队调研了国内外常用电、气、机械对接锁定形式,创造性地提出了一种简化版的浮动对接形式,通过粗定位导向装置实现机械臂初始定位及大偏差适应,再通过自主精定位进一步修正电、气、机械的对中锁紧,这种步步为营的方式极大提高了对接的容差能力和可靠性,即便在轨多次拆装也能保证精度满足要求。
⑥与此同时,由于气瓶“外挂”时都是安装于统一的接口,原则上只要符合接口要求,空间站电推进系统可以安装不同容积、不同工作压力的气瓶,且气瓶填充的工质不限于已有系统的氙气工质,可根据技术发展情况上行不同工质推进剂。
⑦支持反复拆装使用、适配多种气瓶型号……就像搭积木一样,不管怎么拆装,只要保证接口一致,装好装牢合适的组件,便拥有了无限可能。801所的精巧设计,赋予了贮气模块“百搭”、百变的特性,不仅极大增加了电推进系统的寿命和可靠性,也丰富了系统的功能。
操作可以“兼容”
⑧航天员在舱内组装好大气瓶,完成自检及测试后通过自动出舱装置送至舱外,随即由舱外机械臂抓取并将其转移、对接到核心舱电推进系统大气瓶安装位,这是本次空间站电推进系统大气瓶在轨安装的过程,也是此后在轨更换气瓶的基本流程——正常情况下,当贮气模块组合体推进剂耗尽后,都将由机械臂自动进行在轨更换。
⑨但由于太空环境不可控因素较多,为了保证贮气模块的顺利更换,801所电推进系统设计团队还提出了“PlanB”——即航天员手动更换气瓶。为了“兼容”自动和手动这两种模式,团队从2017年开始便进行了大量设计及验证工作。
⑩研制过程中,设计人员充分考虑了航天员在轨操作的局限性、安全性和可操作性,并按照航天员工效学反馈不断改进方案,完善精密的尺寸链设计;根据可靠对接、可靠锁定、电路绝缘、气路密封等要求,形成精细化装配规范;产品交付前,也进行了充分的地面精测验证,甚至模拟在轨环境反复拆装气瓶十次……重重保障环环相扣,确认不同操作模式下偏差均在可控范围内。
⑪“外挂”性能强悍、拆装组件“百搭”、操作模式“兼容”,801所用“换气”代替“补气”,实现了电推进推进剂替换简单、高效、可靠的目标。而此次大气瓶成功在轨安装,标志着我国在电推进系统方面的技术水平已经达到了国际领先,不仅可以保障天宫空间站长期在轨运行,同时还为后续电推系统的在轨维护提供了宝贵经验。
(文章有删改)
链接材料:
6月30日,中国载人航天工程办公室发布了2023中国载人航天年中“成绩单”。在这份“成绩单”中,一共记录了28项内容,从1月21日第二届“天宫画展”在中国空间站正式开展,神舟十五号乘组给全国青少年送来一份特别的“新年礼物”开始,一直记录到近日在天地协同配合下,空间站电推进系统大气瓶完成在轨安装任务,涉及神舟十四号、神舟十五号以及神舟十六号三个航天员乘组。其中,还包括了多项在空间站完成的科学实验和试验。可以说,这份沉甸甸的成绩单,详细记录了中国载人航天这半年来的坚实步伐,其中涉及的很多技术为未来我国航天事业的发展,提供了更加坚实的技术支撑。