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        4. 我國新一代載人飛船試驗船成功返回!這些黑科技為它護航

          據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現目標并到達著陸現場開展處置,經現場確認,艙體結構完好。

          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和貨物運輸能力。試驗船采用返回艙與服務艙兩艙構型,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,會發現它是一個邊燃燒、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,試驗船與空氣發生劇烈撞擊和摩擦,由此產生極為劇烈的氣動加熱效應,產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構。這一副防熱鎧甲,作用至關重要。

          據了解,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,突破了國內三維纖維結構增強抗燒蝕納米材料體系研發技術,開創了大型防熱結構一體化制備技術的應用先河,未來將有力支撐我國多個型號發展。

          新型控制技術確保精準返回

          試驗船返回艙的再入過程,就像讓一個已經高速到達山頂的滑雪運動員,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,推算出后續路線,同時能夠精準控制下滑軌跡。

          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。

          五院502所GNC系統工程師們為試驗船設計了新型預測-校正軌跡控制策略,能夠根據當前飛行狀態,準確判斷與目的地的偏差,以及任務的特殊要求,根據判斷結果調整升力方向并決定后續飛行軌跡,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,會發現是一條彎彎曲曲的“蛇形”,這就是GNC系統指引它走出的平安回家之路。

          群傘系統確保安全減速

          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。

          如果沿用傳統的單傘減速方案,要研制更大的降落傘,這從技術和經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的降落傘,組成群傘系統完成空中減速。這3具降落傘不是簡單的組合,它們既能齊心協力、相互扶持,又能和睦相處、互不干擾。

          借助群傘系統,不僅可以使超高速飛行的返回艙在極短時間里減到市區里汽車的行駛速度,還能確保將來航天員乘坐飛船返回時,過載和姿態旋轉感受良好。

          6個“輪胎”確保平穩落地

          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,確保返回艙平穩落地。

          為了保證氣囊在發射時處于穩定牢靠的折疊包裝狀態,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,并開展了大量地面充氣展開試驗、風洞試驗、真空環境試驗,成功解決了難題。

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          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天線網絡,是幫助返回艙與地面取得聯系的關鍵設備。返回艙的降落地點、搜救信號等都要通過該天線網絡發送出去,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,經歷的環境極其惡劣和復雜,實際落地位置可能超出預定搜索范圍,甚至落在海上。如果出現這種情況,五院510所研制的國際救援示位標將發揮作用。該設備發射的無線電信標信號,能夠被全球海事衛星搜救系統識別,從而讓搜救人員快速找到返回艙。

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