近日，502所對(duì)外公布一項(xiàng)科研成果，推動(dòng)了我國(guó)深空探測(cè)能力的有效提升。這項(xiàng)成果就是高純度氙氣加注技術(shù)。
電推進(jìn)系統(tǒng)的常用工質(zhì)
在日常生活中，人們對(duì)于氙氣的認(rèn)識(shí)可能只停留在某些汽車使用的氙氣大燈上。鮮為人知的是，在航天領(lǐng)域，氙氣用場(chǎng)也不小。
“離子電推進(jìn)與傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)相比，比沖要大10倍?！痹撍芯繂T武蔥蘢告訴記者，對(duì)于同樣的宇航任務(wù)，電推進(jìn)攜帶的推進(jìn)劑約為化學(xué)推進(jìn)的十分之一，甚至更少。
電推進(jìn)的問(wèn)世，為人類探索更遠(yuǎn)的太空提供了支撐。不過(guò)，電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展需要氙氣的幫忙。
“目前，國(guó)際上廣泛采用的電推進(jìn)技術(shù)主要有兩種——離子電推進(jìn)技術(shù)和霍爾電推進(jìn)技術(shù)，無(wú)論在哪種電推進(jìn)系統(tǒng)中，都需要一種能將電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。氙氣就是這種媒介物質(zhì)的代表?！蔽涫[蘢介紹說(shuō)。
“我國(guó)航天電推進(jìn)技術(shù)想要得到長(zhǎng)足發(fā)展，想要填補(bǔ)在氙氣領(lǐng)域應(yīng)用的空白，發(fā)展氙氣技術(shù)應(yīng)用勢(shì)在必行?！蔽涫[蘢表示，該所研發(fā)的高純度氙氣加注技術(shù)，是對(duì)我國(guó)航天電推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的有力支撐。
打響加注氙氣攻堅(jiān)戰(zhàn)
去年3月，502所成功繪制出了我國(guó)首張氙氣物理特性圖譜，獲得了氙氣在不同狀態(tài)下溫度、壓力、密度的變化規(guī)律，不過(guò)這并沒(méi)有減少研發(fā)者在高純度氙氣加注技術(shù)研發(fā)過(guò)程中遇到的困難。
如何將氙氣注入衛(wèi)星中，這是科研人員需要攻克的主要難題。
“地面氙氣源的壓力可以在自由壓力的狀態(tài)下將氙氣源落壓填充到衛(wèi)星中，但當(dāng)氙氣源和衛(wèi)星壓力平衡后，我們就需要想辦法將氙氣源增壓?！痹撍呒?jí)工程師宋飛介紹道。
這個(gè)看似簡(jiǎn)單的過(guò)程對(duì)于氙氣加注工作來(lái)說(shuō)卻十分不易。首先，氙氣的物理特性非常特殊，在加注過(guò)程中要避免固態(tài)氙的出現(xiàn)；其次，要保證整個(gè)加注過(guò)程中氙氣的純度；第三，如果使用傳統(tǒng)的增壓泵機(jī)械加注方式，氙氣會(huì)將機(jī)械做功產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使溫度迅速上升。而與之相悖的是，衛(wèi)星上氙氣瓶的溫度要求不能超過(guò)45度。
為了保證加注這一動(dòng)作的成功實(shí)現(xiàn)，科研人員們創(chuàng)造性地設(shè)置了 “中轉(zhuǎn)站”來(lái)完成加注。
“中轉(zhuǎn)站”是個(gè)轉(zhuǎn)換裝置。通過(guò)對(duì)“中轉(zhuǎn)站”內(nèi)部降溫，使其內(nèi)部氙氣壓力隨之降低，當(dāng)?shù)陀陔瘹庠吹膲毫r(shí)，在壓差的作用下，氙氣源中的氙氣會(huì)流入“中轉(zhuǎn)站”。之后，通過(guò)“中轉(zhuǎn)站”內(nèi)部的加熱系統(tǒng)，讓流入內(nèi)部的氙氣升溫，氙氣的壓力隨之升高。當(dāng)壓力高于衛(wèi)星上的氙氣瓶時(shí)，同樣利用壓差的原理，讓氙氣從“中轉(zhuǎn)站”流出，進(jìn)入衛(wèi)星上的氣瓶中。
同時(shí)，該所科研人員還在無(wú)數(shù)次試驗(yàn)之后設(shè)計(jì)出了精密的溫度控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)通過(guò)對(duì)氙氣源溫度、加注設(shè)備溫度的嚴(yán)格控制，保證了加注過(guò)程中氙氣溫度滿足要求。
去年12月底，該所向相關(guān)上級(jí)單位展示了這項(xiàng)技術(shù)，得到了肯定的評(píng)價(jià)：為我國(guó)電推進(jìn)技術(shù)的正式應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的保障，為我國(guó)深空探測(cè)的開(kāi)展鋪墊了道路。
“我國(guó)航天技術(shù)水平的躍升需要?jiǎng)?chuàng)新，我們能為推動(dòng)我國(guó)航天技術(shù)的進(jìn)步貢獻(xiàn)一份力量感到驕傲?！彼物w介紹，他們研制團(tuán)隊(duì)的座右銘是：“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”。
