■文汇报记者 张晓鸣 许琦敏
通讯员 吴世通 杨 艳
回收着陆是载人航天活动的最后步骤,也是决定航天员能否安全回家的最后一棒。从1992年载人航天工程立项之始,中国航天科技集团公司五院508所就肩负起研制我国神舟飞船回收着陆系统的光荣使命。
从1992年到2016年,508所确保了神舟系列11艘飞船飞行任务圆满完成、12名航天员安全健康返回家园。在我国后续飞船的论证和研制中,回收着陆系统将采用基于群伞的气动减速方案,并需要在超音速条件下打开稳定减速伞。目前,508所已成功完成了大型群伞技术验证、超音速稳定减速伞技术验证,为我国载人航天工程的创新发展提供了重要参考。
法宝一:能铺满一个足球场的降落伞
降落伞系统是飞船返回阶段的重要气动力减速装置,它可以将进入大气层的飞船返回舱从高铁速度降到普通人慢跑的速度。
该系统由7000多个零部件组成,是目前我国航天器回收降落伞中结构最庞大和最复杂的系统。其中主伞是1200平方米的特大型降落伞,能铺满一个足球场。
考虑到航天员的舒适度,载人飞船降落伞系统不仅对产品可靠性要求极高,同时还对开伞动载、稳定性、下降速度等性能指标提出了严格的要求,降落伞的体积和重量方面也受到严格限制,因此该降落伞系统的设计难度非常大。24年来,飞船降落伞系统在构成、结构、材料等方面接受了多次改进,自神舟八号起增加了伞衣保护布和牵顶伞,降落伞整体工作可靠性得到进一步提高。如今,飞船降落伞已是目前国内面积最大,相对质量最轻,开伞程序控制、加工和包装工艺最难,开伞动压包络范围最大的降落伞。
法宝二:着陆缓冲技术不惧“最后一撞”
经过与空气的“软”摩擦之后,飞船返回舱进入着陆缓冲环节,这最后一步可是硬碰硬的撞击! 为了让飞船在“落脚”的一瞬依然保持宇航员有良好的乘坐体验,508所将着陆缓冲技术应用于神舟飞船返回舱的着陆缓冲系统,实现了返回舱“软着陆”。
508所采用的r光子测距技术能够精确控制发动机点火高度,下降的返回舱再次“紧急刹车”,进一步将下降速度减小到安全速度。从神舟十号飞船开始,r高度控制装置首次采用国产化设计,填补了国内高精度r光子测距技术空白,并通过半实物仿真试验,全面验证了产品性能。使用结果表明,产品工作可靠,我国从技术上实现了独立解决飞船安全回收的难题。
法宝三:回收着陆控制智能化
飞船回收过程一气呵成,全靠回收分系统的智能控制功能。
具体而言,回收分系统具有自行进行故障检测和判断并自动进行主、备降落伞切换的功能。由软硬件组成的回收控制装置,可以不用地面台站和航天员的干预,自主判断返回舱所处的返回状态,自动选择不同的程序,发出回收着陆指令。同时,它还以机械钟表控制作为冷备份进行保驾,重要控制部件采用了冗余设计,从而提高了回收着陆程序控制的可靠性。
回收程序一旦启动,就没有“可逆”的余地,为此,508所设计了正常返回、低空救生、中空救生等多种故障情况下的回收工作程序,提高了对飞船不同返回状态的适应性。自神舟九号起,飞船回收着陆系统在程序脱伞模式的基础上增加了航天员手动脱伞模式,可以有效避免着陆场环境对飞船及航天员的威胁,提高了航天员的生存安全性。
法宝四:验证方法虚实结合确保万无一失
为充分考核载人飞船回收着陆系统的安全,验证相关设计的合理性,从载人飞船工程研制开始,508所对回收着陆分系统进行了空投试验、火箭撬试验、地面弹盖试验、高塔投放以及风洞、环境、仿真等大量地面试验和计算。据统计,1995年至2016年,神舟飞船回收着陆分系统共进行了118架次空投试验。
由于相当部分的试验条件无法满足,如气动偏差、大气环境偏差和各种特殊返回状态等,508所研制了一套针对载人飞船回收着陆系统的半实物仿真平台。在该平台上进行的半实物仿真试验,可与全数值仿真试验、空投试验进行互相印证和对比,形成了一系列完整的针对载人飞船回收着陆系统的试验技术。
法宝五:质量控制凸显航天文化烙印
熟悉回收着陆系统的人都知道,降落伞的包伞过程在一定意义上决定了降落伞的工作性能和飞行试验的最终成败。在包伞过程中,508所严格按包伞细则和质量控制文件执行,设置了15个关键工艺,对收口绳长度、切割器固定、封包绳长度等均提出了量化要求。除全过程录像外,还专门配备了数码相机和打印机,6个摄像头分别对准各关键部位,及时记录包伞全过程。
为防止戳伤伞衣,尖尖的剪刀头被磨成了圆头。为了控制多余物,每天开始包伞前,操作人员都必须经过严格的“搜身”,手机、手表全部上缴才能通行上岗。所有参研人员秉承这种严格和细致的工作态度,扎实工作,一切只为交付“放心伞”。航天英雄杨利伟看到降落伞研制、加工和交付的全部流程后,曾这样说:“有这样的伞,有这样的团队,心里就踏实了。”
本报讯 (记者张晓鸣 通讯员费昱)“回家了! 回家了! 安全着陆了!”昨天,在无数双眼睛的见证下,神舟十一号在接近地面时精准点火,返回舱安全着陆。与此同时,在中国航天科技集团公司八院报告厅内,当看到航天员安全出舱那一瞬,有一群人长长地舒了一口气。这群人就是八院着陆反推发动机研制团队,他们用二十多年鲜为人知的付出为神舟飞船的安全回家保驾护航。
俗话说,一个好汉三个帮。可是神舟飞船要安全着陆,就必须做到一个好汉四个“帮”。这就是4台安装在航天员椅子下方的着陆反推缓冲固体火箭发动机。在正常的返回状态下,当返回舱下落到离地面约一米高度时,四个反推发动机必须在20毫秒内点火,其中任意两台发动机之间的点火偏差不超过10毫秒。
人命关天,如何让这四台发动机推力精准,密切配合?研制团队丝毫不敢大意,时刻保持着从零开始、如履薄冰的心态。为了验证发动机的工作性能和安全性、可靠性,研制队伍制订了完善试验方案,对发动机进行了性能的匹配试验、环境适应性试验、发动机工作环境全序贯试验等全方位的考核。针对载人航天高可靠的要求,研制团队专门进行了发动机极限状态的拉偏试验考核。虽然每批次交付的产品仅有数台,但作为返回舱中的关键产品,仅载人航天工程二期就进行了上百发的试验验证。
最终,这四个“小帮手”没有让他们失望,它们在预定时间内精确、同步点火,在能量的转换中,高速燃气产生的巨大推力有效地抑制了返回舱的下坠势头,降低它的下落速度,保证了返回舱精准、安稳又轻盈的着陆。