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幫助4月27日晚，萬眾矚目的“太空加油”上演。天舟一號貨運飛船和天宮二號空間實驗室的組合體，在距地面393公里的太空軌道，在高速飛行中點滴不漏地完成了推進劑補加。
驗證推進劑在軌補加技術，是本次天舟一號最重要的任務之一，也是后續我國建造空間站極為關鍵的技術，突破和掌握推進劑補加技術，能夠解決空間站能源供給問題，使空間站長期運行、航天員長期駐守空間站成為可能。
“太空加油”的順利完成，以及天舟一號成功運送“太空快遞”，標志著天舟一號任務取得圓滿成功，我國載人航天工程“三步走”完成了第二步，中國航天邁入了“空間站時代”。
推進劑補加實施持續5天，后續還將進行兩次
4月23日7時26分，天舟一號與天宮二號組合體開始進行持續5天的推進劑補加試驗。這是天宮二號與貨運飛船進行的第一次推進劑補加，也是我國首次推進劑補加試驗。
“太空加油”與空中加油相比，高出的不僅是離地面的高度，更是技術復雜程度。補加實施持續5天，地面需要進行補加全過程、長時間的狀態監視與控制，對地面自動化監控提出了更高要求。補加過程十分復雜，推進劑補加試驗分為多個階段，步驟多達29個。控制風險高，在軌補加是首次實施，涉及船載氣、液路設備，減壓閥超壓、液路泄漏等情況都會危害整船安全，地面控制必須確保無誤。
據北京航天飛行控制中心飛控總體主任設計師姜萍介紹，在太空實施推進劑補加，涉及氧化劑、燃燒劑兩種推進劑，對設計的安全性、可靠性提出了更嚴、更高的要求，還需要考慮兩個航天器目標、上百個閥門、幾百米長的管路，以及幾十種關鍵設備、軟件的控制。此外，整個補加流程包含這么多步驟，每個步驟又包含很多分支及指令，這些步驟和指令層層約束、環環相扣，不能有一處出現錯誤。
航天專家介紹，天舟一號與天宮二號對接之后，通過兩個航天器之間產生的氣體壓力，把推進劑從天舟一號上源源不斷輸送到天宮二號上，雖然看起來和地面加油差不多，但是要真正實現，卻并不容易。
在軌推進劑補加主要通過安裝在對接機構上的4路推進劑補加液路浮動斷接器來實現，這就相當于加油的管路和油槍都安裝在了對接機構上。為了保證推進劑不泄漏，液路浮動斷接器的總裝精度很高。
“以往的對接機構也有電路浮動斷接器，主要實現兩個飛行器對接后的信號對接，而此次增加的液路浮動斷接器則是實現在軌補加的連接通道。既然是連接通道，對接精度必須要更高。”專家說。
此外，在對接及浮動斷接器插合等“加油”前準備工作就緒后，還要對貨運飛船和空間實驗室連接起來的補加管路系統進行檢漏，確保補加過程中無泄漏及補加系統的安全。為此，研制人員在地面進行了多輪試驗驗證，確保在軌補加前檢漏這一安全手段的順利進行。
針對推進劑補加，天舟一號上還有個創新的設計。目前，國內空間飛行器只含有單一的推進系統，為飛行器提供動力。天舟一號貨運飛船除含有滿足常規推進功能的推進系統外，也有為空間實驗室和空間站進行在軌補加推進劑的補加系統，而且兩者是一體化設計。所謂一體化設計，就是推進系統與補加系統之間連接起來，在不影響各自獨立功能的前提下，實現補加系統的推進劑可以供應推進系統的發動機工作，推進系統的推進劑可以用于補加，從而實現推進劑的最大利用。另外，在某個系統故障時，可以通過隔離及切換，確保推進和補加功能均可順利完成。
首次推進劑在軌補加任務完成后，天舟一號貨運飛船在后續階段還將對天宮二號再進行兩次在軌補加，讓這一技術更加完善。
加完“油”后的清潔管路也是關鍵環節
“太空加油”還有個開關，就是補加驅動器。據專家介紹，補加驅動器是在軌補加任務中的關鍵單機，是智能的管路控制單元。它在接收到系統指令后，控制液體管路閥門的開關，同時調節流量、流速，保證推進劑補加過程安全進行。它其實是安裝在天宮二號上的。
“與天宮二號相伴的大半年時光里，補加驅動器早已熟悉了太空中的各項工作和環境，并多次開展在軌試驗驗證，只等天宮二號與天舟一號交會對接后大展拳腳。”中國航天科技集團八院對接機構控制子系統副主任設計師丁承華說。
加完了“油”，還要清潔管路即管路吹除，這也是“太空加油”的一個關鍵環節。
航天專家介紹，在貨運飛船完成對空間實驗室的推進劑補加后，為保持管路清潔以便可以進行后續多次補加，要對補加管路里的推進劑進行吹除，同時吹除過程中盡可能不污染飛行器表面。為了在太空真空環境下吹除液體推進劑，兩個研制團隊一起先后進行了多輪推進劑吹除試驗，確定了吹除方案，在地面驗證后可用于在軌補加后的推進劑吹除。
管路吹除也是在地面飛行控制技術人員“指揮”著航天器來完成，任務中，閥門打開順序、時間間隔都必須分毫不差，否則就可能造成推進劑凍結，堵塞補加管路。
“我們的推進劑補加流程動態規劃技術能夠很好地解決這個問題，確保了補加過程順利進行。”姜萍說。
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