◎ 陳袁 雷江利 楊鳴 科技日報記者 付毅飛
據(jù)中國載人航天工程辦公室消息,,2020年5月8日13時49分,,我國新一代載人飛船試驗船返回艙在軌飛行2天19小時后,,在東風著陸場預定區(qū)域成功著陸,,試驗取得圓滿成功。
12時21分,,北京航天飛行控制中心控制試驗船完成返回制動,,進入返回軌道。13時33分,,服務艙與返回艙成功分離,。試驗船返回艙安全著陸后,,搜救分隊第一時間發(fā)現(xiàn)目標并到達著陸現(xiàn)場開展處置,經(jīng)現(xiàn)場確認,,艙體結(jié)構(gòu)完好,。
來源: 中國航天科技集團五院
新一代載人飛船是面向我國載人月球探測、空間站運營等任務需求而論證,,瞄準國際先進水平的新一代天地往返運輸飛行器,,具備高安全、高可靠,、模塊化,、多任務、可重復使用等特點,,可提高我國載人飛船的乘員人數(shù)和貨物運輸能力,。試驗船采用返回艙與服務艙兩艙構(gòu)型,通過配置不同的服務艙模塊來適應近地空間和月球探測任務,。
記者從中國航天科技集團五院了解到,,該院為飛船配備的多種黑科技,成為確保它成功返航的秘訣,。
全新鎧甲確保氣動防熱
“如果有機會從太空觀察試驗船返回艙再入返回過程,,會發(fā)現(xiàn)它是一個邊燃燒、邊以10倍于殲20飛機的速度突飛猛進的‘火球’,,迫不及待地投向地球的懷抱,。”五院技術(shù)人員形容說,。
要知道,試驗船返回艙需要以接近第二宇宙速度再入大氣,,氣動力最高值超過70萬牛頓,。再入過程中,試驗船與空氣發(fā)生劇烈撞擊和摩擦,,由此產(chǎn)生極為劇烈的氣動加熱效應,,產(chǎn)生的溫度高達上千度。
對此,,五院總體部為其設計了可拆卸式防熱與承載一體化結(jié)構(gòu),。這一副防熱鎧甲,作用至關重要,。
據(jù)了解,,這一新型防熱材料由五院529廠研制,它在具備防熱超能力的同時,重量比傳統(tǒng)材料降低了30%,。 這種同時具備輕量化,、高強度、抗燒蝕等性能的防熱材料,,突破了國內(nèi)三維纖維結(jié)構(gòu)增強抗燒蝕納米材料體系研發(fā)技術(shù),,開創(chuàng)了大型防熱結(jié)構(gòu)一體化制備技術(shù)的應用先河,未來將有力支撐我國多個型號發(fā)展,。
新型控制技術(shù)確保精準返回
試驗船返回艙的再入過程,,就像讓一個已經(jīng)高速到達山頂?shù)幕┻\動員,沿著陡峭的山坡疾速俯沖,,最后以合理的速度準確到達山腳下的終點,。
此次滑行可謂危機重重,,如果運動員不具備很好的操控和預判能力,,要么會偏離指定賽道,要么會偏離終點,。這要求他必須準確判斷自己的滑行狀態(tài),,推算出后續(xù)路線,同時能夠精準控制下滑軌跡,。
再入返回模擬圖
在試驗船再入過程中擔此重任的,是制導,、導航和控制(GNC)系統(tǒng),。
五院502所GNC系統(tǒng)工程師們?yōu)樵囼灤O計了新型預測-校正軌跡控制策略,能夠根據(jù)當前飛行狀態(tài),,準確判斷與目的地的偏差,,以及任務的特殊要求,根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)整升力方向并決定后續(xù)飛行軌跡,,進而精準地控制試驗船完成再入飛行,。
如果研究試驗船的軌跡,會發(fā)現(xiàn)是一條彎彎曲曲的“蛇形”,,這就是GNC系統(tǒng)指引它走出的平安回家之路,。
群傘系統(tǒng)確保安全減速
試驗船返回艙比神舟飛船返回艙更大、更重,,重新進入大氣層后,,需要更為強勁的減速動力和平緩的載荷控制。
群傘減速模擬圖
如果沿用傳統(tǒng)的單傘減速方案,要研制更大的降落傘,這從技術(shù)和經(jīng)濟方面都不是最合適的選擇,。為此五院508所科技團隊設計了3具與神舟飛船降落傘面積相當?shù)慕德鋫?,組成群傘系統(tǒng)完成空中減速。 這3具降落傘不是簡單的組合,,它們既能齊心協(xié)力,、相互扶持,又能和睦相處,、互不干擾,。
借助群傘系統(tǒng),不僅可以使超高速飛行的返回艙在極短時間里減到市區(qū)里汽車的行駛速度,,還能確保將來航天員乘坐飛船返回時,,過載和姿態(tài)旋轉(zhuǎn)感受良好。
6個“輪胎”確保平穩(wěn)落地
返回艙落地時,,當然不能硬邦邦地砸下來,。試驗船底部安裝了6個氣囊,幫助艙體平穩(wěn)軟著陸,。
為了適應試驗船的大重量,五院508所設計了大型緩沖氣囊,,每個氣囊充滿氣后相當于卡車輪胎大小,。針對不同著陸情況,這6個“輪胎”會先后排氣,,確保返回艙平穩(wěn)落地,。
為了保證氣囊在發(fā)射時處于穩(wěn)定牢靠的折疊包裝狀態(tài),在需要充氣展開工作時又能夠順暢迅速打開,,設計師研究出一種鏈式封包的固定和解除技術(shù),,并開展了大量地面充氣展開試驗、風洞試驗,、真空環(huán)境試驗,,成功解決了難題。
雙重保障確??焖偎丫?/strong>
返回艙回到地面后,,能否快速找到它,直接決定著整個任務的成敗,。在試驗船上采用了兩項黑科技,,能確保返回艙準確定位。
五院西安分院研制的GNSS天線網(wǎng)絡,,是幫助返回艙與地面取得聯(lián)系的關鍵設備,。返回艙的降落地點、搜救信號等都要通過該天線網(wǎng)絡發(fā)送出去,,可以說,,它是返回艙隨身攜帶的“救生電話”。
由于返回艙在重返地球過程中,,經(jīng)歷的環(huán)境極其惡劣和復雜,,實際落地位置可能超出預定搜索范圍,甚至落在海上,。如果出現(xiàn)這種情況,,五院510所研制的國際救援示位標將發(fā)揮作用。該設備發(fā)射的無線電信標信號,,能夠被全球海事衛(wèi)星搜救系統(tǒng)識別,,從而讓搜救人員快速找到返回艙。
新華社酒泉5月8日電(李國利,、鄭偉杰)擔負試驗船返回艙搜索回收任務的東風著陸場各系統(tǒng)8日全面做好準備,,靜候新一代載人飛船試驗船返回艙太空歸來