目前，在軌加註技術的應用以俄羅斯、美國為典型代表。最早的在軌加註於1978年在蘇聯的航天器上實現，已成功完成了多次在軌補給。他們採用隔膜式貯箱和擠壓式系統，將推進劑從服務貯箱傳輸至目標貯箱。而美國是從上世紀80年代就開始進行在軌補給技術的研究，併成功實現了在軌演示驗證。
俄羅斯和美國的發展現狀恰好代表了在軌加註的兩大類應用方向：一類是以目標飛行器為先，對其進行長期、例行、多次補加，典型的例子是載人空間站接受貨運飛船的補加。對於這種加註方式，科研人員通常會將複雜的補加系統配置在空間站上，貨運飛船這一方則系統簡單、成本也較低。
國際空間站的核心艙以及為其補加的歐空局ATV貨運飛船都直接採用了俄羅斯的技術和產品。我國將在天宮二號與天舟貨運飛船的飛行試驗中驗證自主研發的加註技術，並將用於後續的載人空間站。
另一類是以服務飛行器為主，對目標飛行器進行有限次數的補加或救援。如今，大多數的衛星在軌加註延壽和救援維護研究項目都屬於此類應用。目前，包括我國在內的多個國家都在進行這類加註方式的研究和應用，不過，只有美國進行過多次的在軌試驗。
雖然在軌加註可以通過多種原理實現，但它們共同面臨多道技術難關。一是補加系統的設計，包括補加與推進系統的一體化設計、可靠性與安全性設計、加註策略、補加過程控制、故障診斷與處理等。二是微重力環境下的氣液管理，以及一些規避氣液管理的措施，如氣液隔離或液路自適應補償方法等。三是加註監測技術，包括推進劑流量、剩餘量及洩露監測等。四是對接與加註接口裝置。此外，對於不同的補加方法，還有相應的關鍵設備需要研究。
採用在軌試驗的方法可以對與微重力相關的一些關鍵技術進行有效的驗證。我們期待，天舟一號能一鼓作氣，勇闖上述4大技術難關，實現在軌加註技術的突破。
（作者：王 翔，中國航天科技集團五院空間站系統總指揮）
原標題：一鼓作氣闖四關
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