中国日报9月22日电(采访人员 赵磊)发动机之于火箭和航天器,就如同心脏之于人体 。没有发动机的力量,再先进的火箭和航天器也无法问鼎太空 。
航天科技集团六院801所作为我国专门从事中小推力液体火箭发动机和空间推进系统的研制单位,各类产品广泛应用于载人航天、卫星、导弹武器、运载火箭、深空探测等多个领域 。
在我国载人航天工程中,801所承担了载人飞船推进系统、货运飞船一体化可补加推进系统、空间实验室一体化可补加推进系统、空间站核心舱一体化可补加推进系统、空间站问天实验舱和梦天实验舱推进系统等所有载人航天器推进系统的研制任务,圆满完成了载人航天器全部发射飞行、交会对接、在轨补加任务,为我国载人航天事业作出了重要贡献 。
上世纪80年代后期,正当801所陷入型号任务单一、研制任务严重不足的低谷而勉力维继时,国家将载人航天领域列入“863”计划,开始中国载人航天工程的论证工作 。
【神州之声是什么语言 神州之声】迈向更高更远更深的太空,离不开火箭运载能力的提升,同样离不开空间推进动力的加持,否则,再先进的航天器也只能是浩瀚宇宙中的一叶飘萍 。而空间发动机正是801所的看家产品 。
载人航天是“上得去、呆得住、回得来”的过程,前一个任务由火箭完成,后两个任务则由飞船推进分系统完成 。所以推进分系统是载人飞船最重要的分系统之一,负责飞船在轨飞行、返回舱再入过程和轨道舱留轨飞行各阶段的姿态控制、稳定、调整,以及变轨、轨道维持、返回制动、应急救生全部动力功能,是飞船的动力之源,其可靠性、安全性直接关系到飞行任务成败和航天员安全 。
为此,801所为神舟飞船配置了52台空间发动机,最小的推力5牛,最大的推力2500牛 。大大小小的发动机从不同方向提供不同推力,从而保证飞船在太空中俯仰有度、动静自如 。
作为飞船推进分系统中推力最大的发动机,2500牛发动机是飞船“呆得住、回得来”的关键 。它既要为飞船变轨提供动力,也要为飞船返回制动减速,还要在万一遇险时为航天员提供救生逃逸保障,堪称“关键中的关键” 。
尽管有研制卫星及运载火箭姿轨控发动机的经验,但当时801所研制过的发动机最大推力仅有490牛,2500牛发动机的推力一下子放大到5倍多,对发动机燃烧效率与稳定性、冷却设计等都提出了更高的要求 。这也导致2500牛发动机在第一次地面试车时就发生了燃烧不稳定而致使发动机被瞬时烧穿的情况,而在之后的3次高空模拟试车中,又相继暴露出发动机推力室头部钎焊缝裂纹、喷注器面声槽孔及边区冷却孔附近基本金属热疲劳微裂纹等问题 。
801所研制队伍顶住时间紧、难度大的压力,分析故障,查阅资料,通过改进钎焊工艺,调整声槽孔和边区冷却小孔位置,对发动机头部工艺进行改良,在之后的试车中成功验证了改进措施的可靠、有效,而设计的燃烧稳定装置也使得2500牛发动机成为国内第一台“动态稳定”的空间发动机,保证了载人飞船高可靠性和高安全性的特殊要求 。
2017年4月27日19点07分,天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室成功完成首次推进剂在轨补加试验 。突破和掌握的推进剂在轨补加技术,填补了我国航天领域的空白,实现了空间推进领域的一次重大技术跨越,为我国空间站组装建造和长期运营扫清了动力能源供给上的障碍,使我国成为第二个独立掌握并成功应用这一关键技术的国家 。而这背后是801所历时十余年的完全独立自主攻关 。
所谓推进剂在轨补加技术,通俗地说,就是“太空加油”,即在太空中向在轨飞行的航天器添加推进剂,从而延长航天器在轨飞行时间,突破航天器飞行寿命局限,是空间站建设和长期运营的必备技术 。此前,掌握这一技术的国家只有俄罗斯和美国,且只有俄罗斯实现了在轨加注应用 。自信的中国航天人坚持“太空加油技术一定要在自己手中实现”,用10年时间攻克了一系列关键技术 。
要实现在轨补加功能,核心单机便是压气机 。这也是研制难度最大的单机,其作用是将推进剂贮箱的增压气体回抽至气瓶内,便于贮箱接受货运飞船的推进剂,同时实现了增压气体工质的循环利用 。为此,压气机的压缩比达到了100∶1以上 。
在工程样机研制阶段,801所充分发挥仿真技术优势,建立了压气机整机系统模型,充分辨识了压气机多个技术关键点,对设计参数不断仿真迭代优化,确保设计源头合理、正确 。
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