——记航天六院为神十构筑完美动力系统

6月26日上午八点零七分，伴随着神舟十号返回舱安全返回地面，圆满完成了我国载人交会对接首次应用性飞行任务的三名航天员，从浩渺的太空回到了祖国的怀抱。在这次举世瞩目的载人交会对接任务中，由中国航天科技集团第六研究院研制交付的百余台功能齐全、性能卓越的全系列发动机，圆满完成了助推火箭与飞船实现飞行发射、精确入轨、精准定点、精妙对接和航天员安全返回等一系列关键任务，成为此次载人交会、天地往返的动力之源。
    采访中，我国著名火箭发动机专家、航天六院院长谭永华介绍说，此次神舟十号载人交会对接任务，虽然还要继续进行与天宫一号的自动和手动空间交会对接，但其重点已转向对这些技术的验证和应用，相当于载人飞船天地往返运输系统要进入定型阶段，为以后进一步开展空间实验室的研究和空间站的建设，构筑一个可靠的天地往返运输系统。确保天地往返运输一路通畅
    在神舟十号飞船长达半个月的太空飞行中，无论是飞船发射、与天宫一号的两次对接，“天神”组合体稳定组合运行，三名航天员健康安全返回，航天六院研制的火箭发动机和空间推进系统发挥了至关重要的作用。每一台发动机都是交会对接及航天员安全返回过程中的一个个优美姿态的动力之源，都凝结着该院研制队伍的智慧与汗水。
    推进系统是个相当复杂的系统。以神舟十号为例，为了实现飞船推进舱和返回舱近50台发动机的正常工作，推进系统配备了一吨多的燃料，携带有足够量的增压气体，设计了数百米长的燃料管路输送系统，通过近百个各类阀门进行系统隔离控制。系统中还设置了数百个压力、温度控制、监测点，通过推进系统的电子设备及电缆网实现与飞船总体的数据传输，并进行有效的系统管理和发动机开关控制。通过神舟飞船、天宫一号目标飞行器上推进系统的可靠精准工作，实现以下四大功能：
    一是为飞船的飞行提供轨道机动、交会对接、姿态控制、返回制动、再入控制以及组合体姿态控制等所需的冲量，几十台推力大小不等的发动机按照预定程序启动点火，保证交会对接所需要的动力，是交会对接的关键环节。
    二是在发射段逃逸救生情况下，推进分系统要为逃逸的返回舱提供再入控制的动力。在发射段运载火箭抛整流罩之后，运载火箭或飞船一旦出现严重故障、需要逃逸救生时，推进分系统要为飞船逃逸的调姿、制动及着陆点控制或非正常入轨提供动力。
    三是在载人飞船停靠和对接期间，一旦出现危险时，载人飞船推进分系统具有快速启动的能力，为紧急脱离的飞船迅速提供控制动力，保证航天员安全撤离危险区域，确保航天员的安全。
    四是返回舱再入大气层飞行时提供姿态控制动力以及返回舱着陆前进行相应的推进剂排放和高压气体排放。保证飞船能够平稳安全软着陆，确保航天员安全返回预定的回收点。
    天上一分钟地面十年功神舟十号在每一次轨道修正过程中，航天六院研制的空间推进系统，每一台发动机都要各司其职，各负其责。每台发动机的正常动作，都包含了快速启动、正常点火、提供规定的推力、按指令关机等多个关键步骤。
    为了实现推进系统的高可靠性要求，航天六院研制人员在推进系统长达数年的研制历程中，对贮箱等关键单机实施攻关，反复进行了飞船和天宫推进系统热试车和冷流试验，交付了合格的结构热控产品及电性产品，通过全面、系统的地面试验，摸清了推进系统工作的正确性、匹配性，验证了故障情况下的有效隔离、控制措施，并对每种发动机进行了数十轮的高空模拟试车。
    一如舞者“台上一分钟、台下十年功”的磨练，每台发动机为了精准完成飞行任务中几百次的工作任务，在地面都要进行几十万次的任务试验。
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    天宫一号推进系统的复杂程度更甚于神舟十号，除了同类型的发动机系统设计，其贮存燃料的贮箱已能够实现多次燃料补加任务。由于空间微重力的作用，贮箱中必须有一道装置对推进剂进行管理，在空间失重环境下，既能避免用于挤压推进剂的气体进入推进系统液路，又能防止强腐蚀性的推进剂进入推进系统气路，从而避免导致两种推进剂直接接触产生灾难性后果。而一般的管理装置只能在空间实现一次推进剂管理，无法满足补加系统的要求。航天六院项目攻关组立足于自主研发，克服了设计、工艺、制造、无损检测和使用中的一系列难题，最终通过了鉴定试验与多次单机及系统级环境试验的考核。该类可补加膜盒贮箱的研制成功，为我国后续长寿命空间站的补加技术研究奠定了坚实的基础。
    环控生保系统提供温暖如春天居环境
    神舟十号载人交会对接任务的成功与否，最关键是航天员的安危和整个交会对接过程的成败。这里的关键技术环节，就是由航天六院提供的姿控发动机精准定位和热控分系统、环控生命保障系统来保证的。
    航天员一旦进入太空，真正的考验才刚刚开始。在太空中，飞船每90分钟就绕地球一周，相当于地面上一个昼夜。而人体由于长时间在地面上，日出而作、日落而息，已经形成了固定的生物钟。试想一下，如果突然把人体的生物钟拨快16倍，将是怎样一种情况。此外，在太空中微重力的影响下，人体的方位感荡然无存，这要比晕车还难受百倍。因此，为航天员打造一个舒适安全的天居环境就显得特别重要。热控分系统和环控生保系统发挥着至关重要的作用。这两个系统，分别位于神舟十号飞船的推进舱和轨道舱的舱壁内，其作用是使飞船内保持一定的温度湿度，环控生保系统是为航天员创造合适的舱内生存环境条件，保障在空间飞行的特殊环境下安全生活和正常工作。
    热控分系统主要采用流体换热技术进行温度控制。在热控分系统中，该院承担了8种核心产品的研制任务，包括外回路循环泵、温控阀、自控阀、自锁阀、加排阀、补偿器、快速断接器和过滤器等数十台产品，为环控生保系统提供了内回路循环泵和储能器两种产品。
    飞船上的能源非常宝贵，产品不但要满足性能要求，还要重量轻、外形小巧。航天六院提供的最大的补偿器，除了具备结构新颖简洁、可靠性高等优点外，还能够承受发射和在轨的复杂工作条件，为航天员提供了一个温暖如春的天居环境。
    精准把控呵护航天员安全返家
    在这次“神十”三名航天员返回地面的漫漫之旅中，航天六院研制的空间推进系统一路精准把控，精心护航，确保航天员毫发无损安全“回家”。
    神舟十号飞船与天宫一号目标飞行器分离后，飞船推进舱发动机按照预定程序开始工作。待轨道舱与推进舱分离后，由推进舱上的发动机制动点火，进入返回轨道，实施姿态调整。推进舱与返回舱分离后，开始进入到自由滑行阶段。
    返回舱在滑行到预定高度后，在进入大气层之前，发动机开始启动，将返回舱调整到再入大气层的攻角，保持一定的姿态，使返回舱始终处于稳定状态，这是保障航天员生命安全、能否安全返回地面的关键环节。通过发动机一系列精准可靠的工作，使返回舱始终保持稳定的姿态进入到大气层，一直工作到降落伞安全顺利打开，航天六院研制的飞船推进系统使命才算真正完成。从这个意义来说，该院研制的飞船系统发动机是航天员安全返回的根本保障。
    本报通讯员张美书本报记者柳江河