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新一代載人飛船這樣回家,回收著陸系統首次亮相

在第十三屆珠海航展上,3頂紅白相間的大降落傘和6個大型緩沖氣囊特別醒目,吸引了觀展人員的駐足觀看。它們是中國航天科技集團五院展示的新一代載人飛船試驗船回收著陸系統。

較以往神舟飛船,新一代載人飛船試驗船的回收著陸功能采用了全新的設計理念,最直觀的表現就是采用群傘氣動減速和氣囊著陸緩沖。

新一代載人飛船試驗船返回艙與回收著陸系統一同展出。 本文圖片均由澎湃新聞記者 謝瑞強 攝

大號飛船如何空中減速?

2020年5月8日,東風著陸場上空出現了三頂巨大降落傘,掛著一個錐形鈍頭的金屬物體降落傘徐徐降落,這個物體就是新一代載人飛船試驗船返回艙。

新一代載人飛船試驗船在2020年5月5日由長征五號B運載火箭發射升空,在軌飛行2天19小時后以超過每秒9公里的速度返回再入地球,于5月8日順利返回預定著陸場,任務獲得圓滿成功。在返回再入階段,試驗船通過新型制導策略控制飛行過程,以群傘減速、大型氣囊緩沖著陸。

新一代載人飛船試驗船返回艙順利返回地球,回收著陸系統功不可沒。

由于新一代載人飛船試驗船要比神舟飛船重一倍,體積空間也顯著增大,能乘坐7名航天員(神舟飛船最多可乘坐3名)執行飛行試驗任務, 這就需要更為強勁的減速動力和平緩的載荷控制來確保這個“大號”飛船安全減速返回。

而研制更大的單傘從技術難度和經濟性角度都不是非常合適,所以新一代載人飛船試驗船回收采用了3具與神舟飛船降落傘面積相當的降落傘組成的群傘系統進行空中減速,即大型群傘技術,可以使超高速飛行的返回艙,在極短的時間里減到普通汽車市區內的行駛速度,同時還確保航天員的過載和姿態旋轉感受良好。

回收著陸系統的3頂紅白相間的大降落傘。

對于群傘系統而言,既可以保證大重量飛船的“瞬間”減速,并且安全性極高,3具降落傘不是簡單的組合,它們既能“和睦相處”不干擾, 又“相互扶持”合力護佑大船返回。

新一代載人飛船試驗船采用了6個安裝在飛船底部的大型緩沖氣囊進行著陸緩沖。相較于神舟飛船采用的緩沖方式,緩沖氣囊的性能在安全性、大載荷的適應性方面表現更為優秀。

為了適應新飛船的大重量,采用的是大型緩沖氣囊的設計,每個緩沖氣囊充滿后相當于一個卡車輪胎大小,可以針對新飛船試驗船不同的著陸情況,在合適的時機控制某些氣囊先排氣,某些氣囊后排氣。

此外,研制團隊還在垂掛轉換環節,專門研制了全新結構形式和芳綸材料的柔性垂掛吊索,它的重量只有神舟飛船同類產品的一半,但強度卻能達到其4倍以上,有效保證了試驗船平穩著陸。

大型群傘技術和大載重氣囊緩沖系統處于國內領先水平,并填補了這統,也是最為關鍵的一個系統,就像是接力比賽的最后一棒!

新一代載人飛船比神舟飛船重一倍,體積空間也顯著增大,最多可載7人。

回收著陸系統還將繼續改進

新一代載人飛船試驗船回收著陸系統采取的這些設計和技術首先是要保證試驗船的安全、完整回收,返回之后研制團隊要對采用的防熱結構設計、返回艙重復使用性能進行詳細、深入的評估,完善數據庫。所以,五院采用氣囊緩沖的方式并通過著陸穩定性控制技術,最大程度地保證實現返回艙無損著陸和回收,確保試驗船飛行任務完美收官。

五院新一代載人飛船試驗船回收著陸系統技術負責人雷江利表示,群傘設計最大的問題是會互相干擾、纏繞。為解決該問題,團隊首先通過原理研究和仿真計算分析了降落傘拉直開傘以及工作過程的流場情況,找到了降落傘容易發生相互纏繞的環節主要是在降落傘的初始拉直開傘時。針對此環節,團隊對每具降落傘進行柔性牽頂設計,即設計的柔性結構能夠在降落傘開傘過程的一段時間內持續對降落傘頂部提供拉力,并在降落傘完成初步展開后消除。這樣的設計有效地在降落傘拉直時主動控制了傘頂的位置,避免了由于傘頂自由擺動導致發生降落傘相互纏繞的情況。

在緩沖氣囊設計時,既要保證氣囊在發射時處于穩定牢靠的折疊包裝狀態,又需要它在充氣展開工作時可以順暢迅速地打開,這都給團隊的設計工作帶來了不小的挑戰。

五院508所緩沖氣囊技術負責人竺梅芳告訴記者,為了解決這個問題團隊研究出了一種鏈式封包的固定和解除技術,并進行了大量的地面充氣展開試驗、風洞試驗、真空環境試驗, 最終成功解決了這個問題。

新一代載人飛船煩的氣囊。

新一代載人飛船試驗船飛行試驗的成功,為我國后續新一代載人飛船回收著陸系統的研制,奠定了良好的基礎,增強了信心。通過這次飛行試驗,航天科技工作者獲取了很多寶貴的試驗數據,而這些數據是通過地面和空投試驗無法得到的。產品成功經受了這次飛行試驗的考核驗證,也說明產品設計、總體布局方案、關鍵環節的設計措施都是正確和非常有效的,也為后續的改進和優化設計建立了良好的平臺基線。

針對后續新一代載人飛船的研制,回收著陸系統產品一方面盡量降低系統重量,節約出重量用于整船的有效載荷,提升整船的發射試驗成果和效能。降落傘和緩沖氣囊通過采用新型的高強輕質材料、結構產品采用空間增材制造技術和新型合金材料, 都可以有效地降低重量。

另一方面提高產品的重復使用性能,并建立一套標準和完善的體系來保證質量。此外,就是標準化產品的研制,團隊將回收系統產品系列化、模塊化和標準化,能夠快速地搭建和投入應用,并將載人飛船的回收著陸技術拓展應用到運載火箭助推器和子級回收、大型裝備的精確空投等領域,使技術能夠得到更大的推廣應用,創造更多的價值和社會效益。

在本屆珠海航展上,新一代載人飛船返回艙也對外公開展出。

新一代載人飛船是面向我國未來載人月球探測等任務需求發展的新一代天地往返運輸飛行器,通過模塊化設計來兼容載人月球探測和近地空間站任務,具備高安全、高可靠、模塊化、多任務等特點,大幅提高我國載人和貨物天地往返運輸能力。

新一代載人飛船試驗船發射重量達到21.6噸,是我國目前已發射推進劑加注量最多、返回再入規模最大的航天器,為我國新一代載人飛船研制奠定了堅實的基礎。

[責任編輯:寶華]

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