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記者9月25日從中國航天科技集團(tuán)六院獲悉，由該院801所研制的空間站天和核心艙電推進(jìn)子系統(tǒng)4臺推力器，于9月23日到24日完成首次在軌點(diǎn)火測試，電壓、電流、流程各遙測參數(shù)均正常。

測試中，主份推力器、主份陰極、備份推力器與備份陰極分別組合點(diǎn)火，各工況均實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火一次成功。核心艙艙外攝像機(jī)拍攝畫面顯示，火焰明亮穩(wěn)定。

此次點(diǎn)火測試全面驗(yàn)證了電推進(jìn)子系統(tǒng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和優(yōu)良性能，為核心艙電推進(jìn)轉(zhuǎn)入正式工作應(yīng)用進(jìn)行了全面的測試和檢驗(yàn)。

在點(diǎn)火之前，電推進(jìn)子系統(tǒng)的研制人員已經(jīng)完成在軌除氣、系統(tǒng)功能自檢、陰極激活、氣路增壓等操作，這些都是在軌自動(dòng)執(zhí)行的，軟件會判斷指令執(zhí)行情況，發(fā)送下一步指令，地面飛控人員根據(jù)實(shí)時(shí)遙測情況，決定是否單步執(zhí)行還是自動(dòng)執(zhí)行，大大增強(qiáng)了可靠性和便捷性。

據(jù)悉，核心艙電推進(jìn)子系統(tǒng)是電推進(jìn)在載人航天領(lǐng)域的首秀。

電推進(jìn)子系統(tǒng)首次工程應(yīng)用于載人航天領(lǐng)域

和我國空間站天和核心艙其他部組件一樣，801所電推進(jìn)系統(tǒng)部配套的電推進(jìn)子系統(tǒng)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作早在十年前就已開始。

2011年，各單位開始論證空間站的可行性和開展具體設(shè)計(jì)，電推進(jìn)技術(shù)作為一種被廣泛應(yīng)用在深空探測、星際探索等方面的技術(shù)，隨著載人航天器朝著大功率、長壽命的方向發(fā)展，載人航天領(lǐng)域首次選用其作為軌道保持的一種手段。因此，801所承擔(dān)的核心艙推進(jìn)分系統(tǒng)研制之初，就同時(shí)配置常規(guī)化學(xué)推進(jìn)和霍爾電推進(jìn)。

電推進(jìn)子系統(tǒng)研制的抓總和推進(jìn)工作落在了主任設(shè)計(jì)師戴暉身上。在此之前，戴暉已從事多年載人、深空化學(xué)推進(jìn)的電系統(tǒng)研制工作，自參與載人飛船一期推進(jìn)分系統(tǒng)研制工作以來，他主持載人飛船、目標(biāo)飛行器、探月二期、空間實(shí)驗(yàn)室、貨運(yùn)飛船等多個(gè)型號的電系統(tǒng)研制工作，完成單機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)工作，取得電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、大幅提升測試效率的地面測試設(shè)備設(shè)計(jì)、推進(jìn)補(bǔ)加一體化信息流設(shè)計(jì)、故障檢測與處置、補(bǔ)加關(guān)鍵技術(shù)浮動(dòng)斷接器、壓氣機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等多項(xiàng)開創(chuàng)性的研制成果。

在研制過程中，電推進(jìn)子系統(tǒng)接受了型號研制流程的重重考驗(yàn)，在整個(gè)核心艙電推進(jìn)研制團(tuán)隊(duì)的努力拼搏下完成了各項(xiàng)突破，成為空間站核心艙推進(jìn)分系統(tǒng)的重要組成部分。

霍爾推力器各項(xiàng)指標(biāo)滿足總體技術(shù)要求

盡管早在1994年801所就已經(jīng)開始了霍爾電推進(jìn)技術(shù)的研究工作，并已在實(shí)踐九號上成功開展了在軌飛行試驗(yàn)，但尚未在實(shí)際的航天任務(wù)中大量應(yīng)用，對于高比沖霍爾推力器的研究工作也較少。

空間站任務(wù)提出之時(shí)，801所的研制人員根據(jù)總體提出的任務(wù)指標(biāo)進(jìn)行分解，在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上初步確定霍爾推力器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)引入必要的仿真手段，開展原理樣機(jī)設(shè)計(jì)，形成原理樣機(jī)后，對其進(jìn)行試驗(yàn)研究，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，若不滿足性能指標(biāo)，則對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這樣不斷迭代直到推力器滿足性能指標(biāo)，并引入了氣體分配、磁路仿真、長壽命設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)等優(yōu)化手段，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了總體技術(shù)要求。

空心陰極是霍爾推力器的電子源和中和器，推力器工作時(shí)空心陰極首先預(yù)熱產(chǎn)生電子，電子在電場的作用下進(jìn)入放電室碰撞氙推進(jìn)劑并使其電離為氙離子，氙離子經(jīng)過高壓電場的加速噴出產(chǎn)生推力，同時(shí)空心陰極產(chǎn)生的另一部分電子中和噴出的離子，保持推力器羽流的電中性。

空心陰極是推力器正常啟動(dòng)、可靠工作和羽流中和的必要條件，它的壽命和可靠性直接影響了推力器的壽命和可靠性，所以在開展推力器長壽命試驗(yàn)前都對空心陰極進(jìn)行單獨(dú)的壽命和熱循環(huán)驗(yàn)證試驗(yàn)，以其作為霍爾推力器電推進(jìn)壽命和可靠性的一個(gè)標(biāo)志。

壽命試驗(yàn)必須在真空環(huán)境中進(jìn)行，根據(jù)型號要求，耗時(shí)長，啟動(dòng)次數(shù)多，為了節(jié)約時(shí)間，長期穩(wěn)定放電試驗(yàn)和熱循環(huán)試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，并通過計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)采集程序進(jìn)行，完成1萬多次的壽命驗(yàn)證試驗(yàn)和2萬多次的加熱器熱循環(huán)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了點(diǎn)火的可靠性，并完成了點(diǎn)火流程的調(diào)整。

組件可在軌更換

為滿足空間站15年的在軌壽命和可靠性要求，對壽命不足以支持使用需求的電推進(jìn)子系統(tǒng)組件需定期進(jìn)行在軌更換，目前可更換的組件有霍爾推力器及貯氣模塊組合體。

霍爾推力器需航天員出艙進(jìn)行在軌更換，正常情況下貯氣模塊組合體氙氣已耗盡時(shí)由機(jī)械臂自動(dòng)進(jìn)行在軌更換，但當(dāng)適配器主動(dòng)端電機(jī)異常和適配器控制器異常機(jī)械臂無法自動(dòng)進(jìn)行在軌更換時(shí)，需安排航天員出艙對貯氣模塊組合體進(jìn)行解鎖。針對上述需求，設(shè)計(jì)人員從2017年開始進(jìn)行了大量設(shè)計(jì)及驗(yàn)證工作。

霍爾推力器除了與艙體的機(jī)械安裝，還有氣路和電路的對接，涉及管路密封、電路絕緣。由于航天員出艙操作的局限，對設(shè)計(jì)的對接鎖定、分離，不同主動(dòng)端被動(dòng)端的互換性，以及航天員安全性、可操作性、防誤設(shè)計(jì)、艙內(nèi)測試以及艙外轉(zhuǎn)運(yùn)軟包、操作反饋以及標(biāo)示都有相應(yīng)要求，需一一滿足。

貯氣模塊組合體需滿足機(jī)械臂更換及航天員更換兩種模式。機(jī)械臂更換需在貯氣模塊上設(shè)計(jì)小臂適配器，首先將貯氣模塊的小臂適配器與機(jī)械臂小臂完成機(jī)械、電路的對接，跟著小臂一起來到艙體，主動(dòng)端控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過導(dǎo)向桿、定位銷等的設(shè)計(jì)完成與安裝位置艙體的機(jī)械安裝、氣路和電路的對接。如果小臂適配器或者主動(dòng)端控制器出現(xiàn)故障，則需要航天員手動(dòng)進(jìn)行更換。

由于艙體的限制，航天員專用工具無法直接進(jìn)行操作，設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了通用工具的維修轉(zhuǎn)接工具，一端與適配器主動(dòng)端的電機(jī)接頭接口匹配，另外一端與電動(dòng)工具接口匹配，解決了航天員的操作問題。(路飛 科技日報(bào)記者 付毅飛)