發(fā)動機之于火箭和航天器，就如同心臟之于人體。沒有發(fā)動機的力量，再先進的火箭和航天器也無法問鼎太空。

在我國載人航天工程中，801所承擔了載人飛船推進系統(tǒng)、貨運飛船一體化可補加推進系統(tǒng)、空間實驗室一體化可補加推進系統(tǒng)、空間站核心艙一體化可補加推進系統(tǒng)、空間站問天實驗艙和夢天實驗艙推進系統(tǒng)等所有載人航天器推進系統(tǒng)的研制任務，圓滿完成了載人航天器全部發(fā)射飛行、交會對接、在軌補加任務，為我國載人航天事業(yè)作出了重要貢獻。

從零起步，一定要趕超世界先進水平

(資料圖)

上世紀80年代后期，正當801所陷入型號任務單一、研制任務嚴重不足的低谷而勉力維繼時，國家將載人航天領域列入“863”計劃，開始中國載人航天工程的論證工作。我國載人航天事業(yè)在“曙光號”擱淺近20年后迎來新的曙光，這也讓逆境中求生存的801所看到了一線轉(zhuǎn)機。

發(fā)展航天，動力先行。邁向更高更遠更深的太空，離不開火箭運載能力的提升，同樣離不開空間推進動力的加持，否則，再先進的航天器也只能是浩瀚宇宙中的一葉飄萍。而空間發(fā)動機正是801所的看家產(chǎn)品。所以當“863”計劃提出載人航天研究課題后，801所既看到了發(fā)展機遇，機不可失，也感覺到了空間推進動力在推動我國載人航天事業(yè)趕超世界先進水平征程中的責無旁貸。

隨即，801所便開始著手收集資料，主動開展載人航天器推進系統(tǒng)有關預研，并最終在我國載人航天工程立項時爭取到神舟飛船推進分系統(tǒng)研制任務。正如當時的老所長臧家亮所說，“盼星星，盼月亮，搞了一輩子航天，晚年能夠參加載人航天工程并負責飛船推進分系統(tǒng)研制，這既是一種榮譽，更是一種責任”。

載人航天是“上得去、呆得住、回得來”的過程，前一個任務由火箭完成，后兩個任務則由飛船推進分系統(tǒng)完成。所以推進分系統(tǒng)是載人飛船最重要的分系統(tǒng)之一，負責飛船在軌飛行、返回艙再入過程和軌道艙留軌飛行各階段的姿態(tài)控制、穩(wěn)定、調(diào)整，以及變軌、軌道維持、返回制動、應急救生全部動力功能，是飛船的動力之源，其可靠性、安全性直接關系到飛行任務成敗和航天員安全。

為此，801所為神舟飛船配置了52臺空間發(fā)動機，最小的推力5牛，最大的推力2500牛。大大小小的發(fā)動機從不同方向提供不同推力，從而保證飛船在太空中俯仰有度、動靜自如。

作為飛船推進分系統(tǒng)中推力最大的發(fā)動機，2500牛發(fā)動機是飛船“呆得住、回得來”的關鍵。它既要為飛船變軌提供動力，也要為飛船返回制動減速，還要在萬一遇險時為航天員提供救生逃逸保障，堪稱“關鍵中的關鍵”。

盡管有研制衛(wèi)星及運載火箭姿軌控發(fā)動機的經(jīng)驗，但當時801所研制過的發(fā)動機最大推力僅有490牛，2500牛發(fā)動機的推力一下子放大到5倍多，對發(fā)動機燃燒效率與穩(wěn)定性、冷卻設計等都提出了更高的要求。這也導致2500牛發(fā)動機在第一次地面試車時就發(fā)生了燃燒不穩(wěn)定而致使發(fā)動機被瞬時燒穿的情況。

801所研制隊伍頂住時間緊、難度大的壓力，分析故障，查閱資料，對發(fā)動機頭部工藝進行改良，在之后的試車中成功驗證了改進措施的可靠、有效，而設計的燃燒穩(wěn)定裝置也使得2500牛發(fā)動機成為國內(nèi)第一臺“動態(tài)穩(wěn)定”的空間發(fā)動機，保證了載人飛船高可靠性和高安全性的特殊要求。

在軌補加，中國航天邁進“空間站時代”

2017年4月27日19點07分，天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室成功完成首次推進劑在軌補加試驗。突破和掌握的推進劑在軌補加技術，填補了我國航天領域的空白，實現(xiàn)了空間推進領域的一次重大技術跨越，為我國空間站組裝建造和長期運營掃清了動力能源供給上的障礙，使我國成為第二個獨立掌握并成功應用這一關鍵技術的國家。而這背后是801所歷時十余年的完全獨立自主攻關。

所謂推進劑在軌補加技術，通俗地說，就是“太空加油”,即在太空中向在軌飛行的航天器添加推進劑，從而延長航天器在軌飛行時間，突破航天器飛行壽命局限，是空間站建設和長期運營的必備技術。此前，掌握這一技術的國家只有俄羅斯和美國，且只有俄羅斯實現(xiàn)了在軌加注應用。自信的中國航天人堅持“太空加油技術一定要在自己手中實現(xiàn)”，用10年時間攻克了一系列關鍵技術。

要實現(xiàn)在軌補加功能，核心單機便是壓氣機。這也是研制難度最大的單機，其作用是將推進劑貯箱的增壓氣體回抽至氣瓶內(nèi)，便于貯箱接受貨運飛船的推進劑，同時實現(xiàn)了增壓氣體工質(zhì)的循環(huán)利用。為此，壓氣機的壓縮比達到了100∶1以上。

在工程樣機研制階段，801所充分發(fā)揮仿真技術優(yōu)勢，建立了壓氣機整機系統(tǒng)模型，充分辨識了壓氣機多個技術關鍵點，對設計參數(shù)不斷仿真迭代優(yōu)化，確保設計源頭合理、正確。

研制過程中，一個個難題接踵而來，團隊成員常常是黑白顛倒，作息規(guī)律完全被打亂。辦公室桌上成堆的圖紙資料、實驗室高分貝的噪聲、裝配間的臨時躺椅成了他們“最長情的陪伴”。

為滿足空間站長期在軌飛行要求，新研制的壓氣機必須滿足各項嚴苛性能測試，而每一次幾乎不間斷壽命試驗長達1000小時以上。801所研制團隊連續(xù)奮戰(zhàn)40多天，全程監(jiān)測試驗機的工作狀態(tài)，最終圓滿完成了壓氣機的關鍵技術攻關和工程研制工作。

“太空加油”得以實施的一個前提條件是，受加注方（空間站或空間實驗室）要具備可重復接受加注的能力。為此，801所研制了國內(nèi)最大的可補加金屬膜盒貯箱，內(nèi)設膜盒管理裝置，有效實現(xiàn)了氣液物理分離。貯箱可以像手風琴風箱一樣推拉往復運動，這樣的補加裝置能接受上百次加注。此外，801所為天舟一號貨運飛船首創(chuàng)了推進與補加一體化推進系統(tǒng)設計方案，實現(xiàn)了功能互補、推進劑資源利用最大化。

在推進劑補加系統(tǒng)研制中，801所首次提出了一體化貨運飛船推進系統(tǒng)方案，發(fā)明了“全油填充+自適應補油”、不受失重環(huán)境影響的隔膜式壓氣機，首創(chuàng)了電動式推進劑液路浮動斷接器，為載人空間站工程奠定了技術基礎。這是確保載人航天工程“第三步”戰(zhàn)略順利實施的重要支撐技術，對于實現(xiàn)航天人不懈追求的航天夢，具有十分深遠的意義。

無毒推進，突破返回艙可復用重要技術

硝酸羥胺（HAN）基無毒單組元可貯存空間發(fā)動機，具有推進劑無毒、無污染、密度大、比沖高和系統(tǒng)易維護、可重復使用等突出優(yōu)點,是當今國際上空間姿軌控推進系統(tǒng)的前沿研究方向，也是替代常規(guī)高毒性肼類推進劑的主要途徑。

801所在新一代載人飛船返回艙推進系統(tǒng)中創(chuàng)新性采用了HAN基無毒單組元推進技術。這是實現(xiàn)返回艙可重復使用的重要技術之一，也是保障航天員身體健康的最佳推進系統(tǒng)選擇。

早在上世紀90年代末研制神舟飛船返回艙時，為防止推進劑泄漏對航天員的安全風險，801所就曾經(jīng)提出采用無毒的HAN基發(fā)動機。然而，限于當時HAN基發(fā)動機技術不成熟，這一方案被無奈放棄。

2014年5月，801所啟動新一代多用途載人飛船推進系統(tǒng)項目論證工作，針對未來返回艙可重復使用的考慮，大膽提出了HAN基無毒單組元返回艙推進系統(tǒng)技術方案。其中，400牛發(fā)動機因推力大，成為突出的關鍵技術，同期國際上尚在研究的同類發(fā)動機最大推力也不超過200牛，所以面臨著研制難度大、技術新、周期短。

基于單組元液體火箭發(fā)動機、工程熱力學、化學工程、材料力學和結構力學等原理和方法，801所解決了十余項關鍵技術和工程難題，包括HAN基400牛發(fā)動機長壽命、高可靠性結構設計，長時間熱管理，HAN基無毒推進劑及其與耐高溫催化劑的匹配性等，完成從方案、設計原理樣機、工程樣機到型號產(chǎn)品的全流程、全周期研發(fā)。

HAN基無毒單組元400牛發(fā)動機，是國際上首次針對飛船返回艙姿控動力無毒化而研制的發(fā)動機，也是國際研制的最大推力的無毒單組元發(fā)動機。在研制過程中，801所攻克了HAN基發(fā)動機推力經(jīng)量級放大后穩(wěn)定工作這一國際難題，為HAN基發(fā)動機的型譜化研制奠定了良好技術基礎，也將極大地推動我國各類航天器常規(guī)肼類高毒性單組元推進技術實現(xiàn)無毒化應用進程。

可以說，新型HAN基無毒發(fā)動機技術體現(xiàn)了綠色環(huán)保理念，引領了國際無毒空間發(fā)動機技術發(fā)展，為我國宇航動力技術創(chuàng)新和綜合效能提升發(fā)揮了重要作用，也彰顯了中國作為航天大國在國際社會中的責任和擔當。

3個“首次”，為高科技自立自強再立新功

針對空間站在軌運行15年以上的長壽命要求，801所創(chuàng)新性地在推進劑補加自動控制、高效霍爾電推進、在軌維修等領域為天和核心艙貢獻了3個“首次”。

首次實現(xiàn)推進劑自主補加。推進劑是空間站持續(xù)在軌運行的基礎。為確保交會對接后貨船內(nèi)的推進劑更加精準地補加到核心艙內(nèi)，801所首次提出了自主補加設計方案，研發(fā)了智能推進管理器，編寫了300余條故障預案，并創(chuàng)新性地對補加流程進行了模塊化設計，使整個補加過程不依靠地面指令干預或航天員輔助操作，即可自主完成，為空間站長期在軌運行提供了有力保障。

首次使用霍爾電推進發(fā)動機，參與空間站姿軌控推進功能。為補償空間站在軌運行中受大氣阻力因素影響而軌道衰減，同時節(jié)省化學推進劑的消耗，801所提出了使用高效霍爾電推進技術方案，通過多輪方案設計和試驗驗證，最終為天和核心艙配備了4臺自主研發(fā)的霍爾電推進發(fā)動機。這也是我國首次將電推進系統(tǒng)應用到載人航天器上。

801所于1994年在國內(nèi)率先開展霍爾電推進技術和應用研究，研制了我國首臺霍爾推力器、首臺多模式霍爾推力器、首套霍爾電推進系統(tǒng)，實現(xiàn)了我國霍爾電推進的首次空間飛行，使我國繼俄、美、歐空局之后第四個掌握霍爾電推進技術。2020年，我國首款20千瓦大功率霍爾推力器成功完成點火試驗，實現(xiàn)了我國霍爾電推進的推力從毫牛級向牛級的跨越。

首次為航天員設計了出艙更換維修電推進設備的方案。電推進工質(zhì)耗盡或霍爾推力器壽命終止后，可通過在軌更換維修來實現(xiàn)電推進功能持續(xù)維持。801所團隊結合實際需求和產(chǎn)品風險評估，綜合考慮了航天員需求和產(chǎn)品工效學，設計了推進系統(tǒng)多種重要設備可由航天員出艙在軌更換維修的方案。

作為我國載人航天工程空間飛行器研制領域的重要力量，801所始終秉承“特別能吃苦，特別能戰(zhàn)斗，特別能攻關，特別能奉獻”的載人航天精神，奮戰(zhàn)在我國載人航天領域推進系統(tǒng)研制工作一線。

三十載櫛風沐雨，三十載自主創(chuàng)新，三十載成果卓著，瞄準載人航天技術前沿，801所勇于創(chuàng)新，自主突破和掌握了眾多載人航天關鍵技術，獲得專利授權131項、省部級以上科學技術獎31項，助力中國載人航天事業(yè)不斷縮小與世界先進水平的差距。向著星辰大海，為著美好未來，801所將繼續(xù)為載人航天工程提供有力的動力支撐，一步步揭開宇宙的神秘面紗，將夢想照進現(xiàn)實。（馬林 顧帥華）