专家详解“天神”对接：好比两颗飞行子弹对上

神舟系列三“吻”天宫一号 图CFP

　　“74台发动机“保驾护航”

　　神舟飞船和天宫一号的飞行与交会对接，离不开发动机，两个飞行器上共有74台发动机，全部由上海空间推进研究所研制。近日，有关专家向记者详细解读了对接时发动机的工作状态。

　　“对接非常难，别看天宫一号和神舟十号好像是静止的，其实它们都在以第一宇宙速度飞行，在这么快的速度下不但要对接上，还得绕行飞舞，对控制系统的精准度要求极高。”上海空间推进研究所顾问韩宏印说。他用了个精妙的比喻这好比打了一颗子弹后，又打一颗，然后还要让两颗子弹接上。

　　如何做到“精和准”呢？发动机至关重要。韩宏印介绍，对接机构本身没有动力，全靠发动机控制，要求在多远的距离停就要在多远的距离停。韩宏印说，比如对接时要求5毫秒内关机，就要立刻关机，否则就会撞上。

　　天宫一号上装有26台发动机，神舟十号上有48台发动机，这些发动机被安置在特定的位置，在飞行器飞行时起到不同的作用。

　　“有两种类型的发动机，一种叫轨道控制发动机，一种是姿态控制发动机。”韩宏印说，“轨道发动机是‘长工作’，它在飞行器的尾部，工作特点就像‘长吹一口气’，推动飞行器前进，飞行器飞得高和远全靠它。”

　　姿态控制发动机主要用于调整飞船姿态，用打脉冲的方式，控制飞行器的俯仰、偏航、滚动和平移，“工作起来是类似‘啪啪啪’的‘短工作"，韩宏印说，“相应地姿态发动机也分为俯仰发动机、偏航发动机、滚动发动机和平移发动机”。

　　在对接时，要根据天宫一号和神舟十号位置轨道的要求随时调节神舟十号的姿态。俯仰发动机在飞船的上下部，可以控制它抬头和低头；滚动发动机在切向，必要时能让飞船转起来；平移发动机则在飞船质量中心点的平面，控制飞船的平移运动。

　　为啥要给飞船安装这么多发动机呢？韩宏印说，这和飞机不一样，飞机有机翼，靠空气动力控制，而飞船在太空飞行，处于真空环境中，需要改变方向调整姿态时，全靠在各个动作控制位置安装不同的发动机。

　　他还说，在对接的电视画面里，如果观察仔细的话可以看到飞船腰部有火焰喷出，那就是飞船上的姿态控制发动机在工作，帮助飞船调整姿态。

　　金属膜盒贮箱供反复加注

　　神舟十号此次实用性飞行，是为了我国载人航天三步走中的第三步建造大型空间站打基础。空间站要在太空长期服务，就必须由运输飞船一次次将推进剂送上太空，加注到空间站的推进剂贮箱里去，即“空间补加”。做出能实现反复加注的容器可不是那么容易的事。目前天宫一号使用的“金属膜盒贮箱”，就是上海空间推进研究所历尽了10年时间研制出来的可反复加注的推进剂贮箱。

　　上海空间推进研究所容器专家、首席工程师赵和明介绍，金属膜盒贮箱的内部结构就像一个手风琴形貌的波纹管，这是根据飞行器的太空任务特点设计的。

　　“水装在容器里会因为运动而产生晃动，飞行器在太空中要进行多次的变轨和姿态控制，常规空间飞行任务使用的推进剂贮箱，其内装的推进剂难免会因为飞行器的运动而产生晃动，从而增加飞行器在空间的姿态调整、空间对接等的控制难度，而金属膜盒贮箱里有个类似于波纹管的装置，全任务阶段波纹管都能紧贴着推进剂液面，由金属膜盒紧压在推进剂液面上，使得液体没有了晃动的空间，且随着推进剂不断消耗，金属膜盒亦随之改变其形貌，彻底消除飞行器在运动过程中所造成的推进剂晃动力”。

　　金属膜盒贮箱的另一特点是能够重复使用，目前我国是继前苏联以后第二个将可补加推进剂的金属膜盒贮箱应用于空间飞行的国家。前苏联第一代空间站的设计寿命是2年，就是因为推进剂不能补加，后来可以补加了，空间站的寿命就延长了。和平号空间站的设计寿命是5年，最后用了15年才“退休”，一大原因就是能够补加推进剂。当然，“太空加油”的难度和精度非常高，要求万无一失。

　　其三，材料的选择至关重要，推进剂腐蚀性厉害，很多金属不能使用。除了抗腐蚀，还要考虑到重量。赵和明说，我国使用的贮箱重量比前苏联的轻了三分之一，这非常不容易。我们在贮箱设计方案中选用了钛合金这样的轻型材料及异种金属可靠连接等技术，大大减轻了贮箱的结构重量，从而增加了飞行器的有效运载载荷。

　　贮箱中的推进剂消耗情况如何测量，也是一大技术难题。在我国载人航天工程早期，只能推算，误差较大。而金属膜盒贮箱内安装了推进剂的检测装置，可通过遥测数据实时监测，且精度非常高，能够准确掌握推进剂剩余情况。目前能够进行推进剂测量的贮箱有两种，一种是金属膜片贮箱，一种是金属膜盒贮箱，前者在神舟十号上亦有应用。

　　本报记者 姜燕