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长征七号缩比返回舱成功着陆

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昨天下午,在经过约20个小时在轨飞行后,作为长征七号运载火箭首飞载荷组合体里的其中一位“乘客”,多用途飞船缩比返回舱与其乘坐的“太空摆渡车”远征1A成功分离,在东风着陆场降落。中国载人航天工程相关负责人表示,多用途飞船缩比返回舱的成功回收,为后续新型载人飞船的论证设计和关键技术攻关奠定了重要基础,标志着我国长征七号运载火箭首飞任务既定目标全部实现。              

“长七”使命

成为在役主力火箭“接班人”

据中国航天科技集团公司五院介绍,此次跟随“长七”火箭首飞的多用途飞船缩比返回舱属于新一代载人飞船,这是我国新一代载人飞船的首次试验飞行,表明新一代载人飞船前期研发工作已经启动。

多用途飞船缩比返回舱高度约2.3米,最大外径2.6米,总质量约2.6吨,采用返回舱和过渡段的两舱构型。出于节省科研经费的考虑,此次执行任务的返回舱是正式型的缩小版。

返回舱在此次再入飞行过程中采取了大底朝前、小头朝后的“仰卧”姿态,安装在头顶的主降落伞系统顺势迎风开伞。为增加可靠性,除了主降落伞系统,科研人员还为返回舱专门配备了我国返回式航天器使用的首顶超音速伞。

此次飞行试验成功验证了我国新一代多用途飞船的返回舱新气动外形,突破了航天器可重复使用设计、验证及评估技术,新型金属材料产品也经受住了苛刻返回环境的考验。这标志着我国载人深空探测技术迈上了新的台阶,为未来载人深空探测任务奠定了基础。

“长七”火箭作为新一代中型火箭,不仅代表了先进火箭的发展方向,也将开启我国航天任务的全新阶段。

中国航天科技集团副总经理杨保华说,长征七号火箭未来将承担我国首个空间货运飞船——天舟一号的发射。“到2020年,载人航天工程中很多任务将由长征七号火箭来承担。”杨保华说,除了完成后续既定计划的多次货运飞船发射任务外,长征七号还将具备执行载人飞船发射的能力。

此外,长征七号通过简单的适应性改造,短期内即可实现发射高、中、低轨各种应用卫星的能力,以满足当前国内外主流卫星发射市场的需求。未来,长征七号将成为我国航天发射任务的“主力军”,在役主力火箭的“接班人”。

形似子弹

“实战”检验气动外形设计

不同于它的神舟飞船先辈们“钟罩式”的外形,多用途飞船缩比返回舱呈倒锥形,更像是一颗“子弹”。

此次任务中,返回舱通过配置气动测量传感器,能够测量返回舱再入大气层过程中的返回舱表面压力、温度和热流等数据,获取返回舱气动特性参数。

这种通过实战来检验气动外形的验证形式在国内尚属首次,因此获得的数据也弥足珍贵,突破并验证了未来载人飞船返回舱的新气动外形设计。

返回舱采取了“金属结构+防热结构”的双层设计方案,其中防热结构是可以拆卸的,因此在大气层被灼蚀的防热结构在返回地面后,可拆卸、更换。这样做不仅将节省大量的运营成本,还将缩短研制周期。

在这次的返回舱中,使用了多台随神舟飞船飞天后返回的设备,技术人员经过充分的检验、测试,“复活”了这些返回的设备,让它们成为此次返回舱的组成部分。

性能提升

未来可搭乘更多航天员

值得一提的是,返回舱采用新型合金材料,这一材料在我国航天器的主结构上还是首次使用。和当前主流的航天器铝镁合金相比,它的强度更强、韧性更足,这意味着我国未来航天器有更为强健的钢筋铁骨,将极大地提升航天器的性能、延长航天器的寿命。

安全着陆是多用途飞船缩比返回舱试验任务的最后一根“接力棒”。返回试验舱的气动外形是未经在轨飞行试验验证的全新设计,虽然主降落伞系统能够实现360度开伞功能,但技术人员充分考虑到返回舱在再入飞行中有可能会出现俯冲姿态,返回舱逆风而行,所以采用安装超声速稳定伞增强主降落伞系统开伞的可靠性。

充气张开的超声速稳定伞像一顶保驾护航的小黄帽,半球形的“头顶”和连接带拖曳着多用途飞船返回舱。一旦出现“掉头”现象,超声速稳定伞可凭借风力矫正返回舱的飞行姿态,从而保障主降落伞的正常工作。

随着这些技术的验证成功,我国新一代多用途飞船整体性能将实现跃升,将可以搭乘更多的航天员,还能到达更远的深空,满足未来载人登月、载人探火等任务。

解密

返回落点范围

是以往神舟飞船返回舱28倍

北京时间26日15时41分,搭乘长征七号火箭升空的多用途缩比返回舱在经过近20个小时的飞行后成功着陆在东风着陆场的预定区域。北京航天飞行控制中心轨道专家刘成军在接受采访时透露了返回舱返回过程中面临的诸多挑战。

“除了大家知道的高速穿越稠密大气层时的高温灼烧、剧烈颠簸以及黑障,”刘成军说,“返回舱返回过程中更大的挑战是多种因素交错影响造成的返回弹道偏差。万一再入大气层时偏差过大,可能就无法落到预定着陆区;如果测站不能及时捕捉到目标,地面搜救力量就无法开展搜救与回收。”

刘成军说,这次任务中,“远征1A”是全程自主制导控制,也就是每一次调姿,每一次控制,调多大、控多少完全自己计算决定。由于地面无法干预修正,再加上自主制导控制算法限制,火箭入轨偏差和“远征1A”每一次的自主控制误差无法完全消除,最终就有可能导致返回舱再入大气层时的误差较大。

为有效解决误差问题,北京航天飞行控制中心的科技人员精确计算出返回制动点火前的轨道,并及时给“远征1A”注入导航修正参数,从而确保了返回制动控制满足返回舱和“远征1A”分离的精度要求。

据刘成军介绍,为了提升后续航天员返回过程的安全性和舒适性,多用途缩比返回舱采取了全新气动外形,这样空气的升力更大,航天员返回时承受的过载就会小很多。然而,这样一来,给北京航天飞行控制中心进行测站引导和落点预报带来了很大困难。

刘成军说,“另外,全新的返回过程控制方式和气动特性,使得返回动力学计算模型更为复杂,想要精确计算返回舱的位置引导测站跟踪、准确预报落点引导搜救回收更加困难。这次返回的落点散布范围是以往神舟飞船返回舱的28倍。”

搜索回收特点

返回时不受地面测控系统控制

着陆场区指挥部副指挥长邹利鹏介绍,这次任务主要有两个特点:首先返回舱是以弹道式返回,也就是返回舱返回时不受地面测控系统控制,与以往的飞船升力控制方式返回不同的是,弹道式返回落点散布范围大,约两万多平方公里。这与试验目的有关。这次多用途飞船缩比返回舱返回,目的是验证返回舱的气动外形设计,获取气动力和气动热等相关数据,为新一代飞船研制积累试验数据。使用弹道式返回可以降低控制成本。同时,无控制返回本身就是飞船返回的故障模式,这有助于进一步完善新一代多用途飞船研制。

其次是把返回舱瞄准点放在沙漠腹地。由于以沙漠腹心为中心的周边地形复杂,有沙漠、山地、草湖、河谷、戈壁、沙化草地等,基本涵盖了需要进行试验的环境。而且不同地形有不同的搜索回收举措,各有特点,这在一定程度上锻炼了搜索力量应对不同环境、完成不同类型任务的能力。

回收任务原则

空中搜索定位地面处置回收

“针对返回舱着陆散布范围大、落点不确定的特点,着陆场区指挥部确定了 空中搜索定位、地面处置回收 的原则,确保完成好返回舱的搜索回收任务。”邹利鹏详细介绍了具体的实施步骤。

找准时间空域。确立三支地面分队和一支回收预备队。他们以理论瞄准点为中心,呈品字形于回收日前一天提前部署到预定地域。回收日当天根据返回舱新的预报落点,由距离最近的地面分队前出靠拢;空中分队根据气象实况与回收日当天的第一次落点预报决定前出的时域,再根据后续落点预报决定收拢的时域。

抵近施放作业人员展开回收处置。空中分队在获取最后落点预报后,根据直升机和预定落点的距离确定升空搜索时间。升空后,空中任一分队发现目标后及时报告指挥所并锁定跟踪。指挥机指挥搜索,引导3架搜索直升机分队以三角形布阵抵前悬停施放作业人员,到返回舱前实施处置,真正实现舱落机到。

地面分队前出增援。最近的地面分队在返回舱落地后迅速向目标靠拢,抵达返回舱着陆地域后协同空中分队完成返回舱的处置、吊装与转运。

“十三五”规划

完成空间站试验核心舱建设

“长七”首飞成功,也拉开了我国航天“十三五”精彩大幕。中国航天科技集团副总经理杨保华介绍说,除“长七”“长五”首飞外,“十三五”期间,中国航天科技集团每年承担的宇航任务都将在20次以上,每年都有重大的宇航型号任务。

在载人航天工程领域,中国航天科技集团预计将在“十三五”期间完成空间实验室任务,完成空间站试验核心舱建设,为建造我国独立自主运行的空间站奠定基础;在深空探测领域,将开展探月工程三期任务,目标是实现“绕、落、回”三步走战略。

此外,北斗全球卫星导航系统将在2020年前后建成,使我国具有更高导航、定位、授时能力和更高的空间、时间、光谱对地观测能力。同时,中国也将瞄准世界前沿技术发展趋势,全面开展可重复使用运载火箭、空间运输平台等的预先研究工作。

“预计到2020年,我国在轨航天器数量超过200颗,年均发射数量达到30次左右。中国航天在核心技术的掌握方面要与美俄传统航天强国相当。”杨保华说。

综合京华时报记者潘珊菊新华社

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