神舟飞船安全返航离不开五大法宝

2016年11月19日08:51  来源:科技日报
 
原标题:神舟飞船安全返航离不开五大法宝

  11月18日,在太空生活了33天的航天员景海鹏、陈冬,乘坐着神舟十一号飞船返回舱安全“回家”。

  记者从中国航天科技集团公司五院508所了解到,该所研制出的国内回收质量最大、着陆速度最低、可靠性最高的航天器回收着陆系统,至今已11次护送神舟飞船圆满返航,让12名宇航员安全返回。其中,五大“法宝”起到至关重要的作用。

  降落伞面积相当于三个篮球场

  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、最复杂的系统。其中主伞面积达1200平方米,相当于三个篮球场。

  考虑到航天员的安全舒适,载人飞船降落伞系统不仅对产品可靠性要求极高,同时对开伞动载、稳定性、下降速度等性能指标有着严格要求,降落伞的体积和重量也有严格限制。

  多年来,该系统在构成、结构、材料等方面有过多次改进,尤其是从神舟八号飞船开始,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,同时也成为国内开伞程序控制、加工和包装工艺最难的降落伞。

  缓冲技术让返回舱“软着陆”

  尽管有降落伞减速,但飞船如果硬碰硬地落地,仍会给航天员带来巨大冲击。为此,508所采用着陆缓冲技术,让返回舱实现“软着陆”。

  该技术凭借γ高度控制装置,能准确探测返回舱与地面的距离,并在返回舱落地前适时启动反推发动机点火,帮助它“紧急刹车”,将落地速度控制在安全范围内。

  记者了解到,从神舟十号飞船开始,γ高度控制装置开始采用国产化设计,实践证明产品工作可靠,从此我国具备了独立解决飞船安全回收难题的技术。

  智能控制保证回收一气呵成

  俗话说“开弓没有回头箭”,飞船回收也是如此,回收程序一旦启动,就没有“可逆”的余地。要保证回收过程一气呵成,全靠回收分系统的智能控制功能。

  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,重要控制部件采用冗余设计,从而提高回收着陆程序控制的可靠性。

  508所还设计了正常返回、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,可有效避免着陆场环境对飞船及航天员的威胁。

  虚实结合的验证方法

  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架次的空投试验。

  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。

  “严慎细实”交付“放心伞”

  飞船回收着陆分系统的研制过程,充分体现出了航天人“严慎细实”的工作作风。在降落伞加工、检验及包装等研制环节中,508所明确了38个关键件、26个关键工序,均提出了量化控制和检验要求。

  降落伞的包伞过程,在一定程度上决定着降落伞工作性能和飞行试验的成败。508所设置了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。

  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说:“有这样的伞,有这样的团队,心里就踏实了。”(付毅飞)

(责编:汤诗瑶、陈苑)

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