高樹(shù)義 黃偉

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

0 引言

航天器回收著陸技術(shù)是指利用氣動(dòng)減速裝置或著陸緩沖裝置，通過(guò)特定的控制手段，使需要返回或著陸的航天器或有效載荷實(shí)現(xiàn)位置、姿態(tài)、速度等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，直至按預(yù)定的程序和目的安全著陸和收回的技術(shù)。其主要任務(wù)是使航天器的全部或局部減速到規(guī)定的速度并安全著陸于地球或其他星球表面。航天器回收著陸技術(shù)是航天技術(shù)重要的組成部分，也是促進(jìn)空間技術(shù)發(fā)展必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，航天器回收著陸技術(shù)廣泛應(yīng)用于返回式衛(wèi)星、載人飛船、深空探測(cè)器等，以及導(dǎo)彈武器、近空間飛行器、無(wú)人機(jī)、運(yùn)載火箭等其它各類飛行器的回收著陸，此外還具備大量的衍生應(yīng)用[1-3]。

北京空間機(jī)電研究所是我國(guó)最早從事空間技術(shù)研究的單位之一，也是我國(guó)唯一專業(yè)從事航天器回收著陸技術(shù)研究的單位，形成了完整的工程研究配套體系。60年來(lái)，我國(guó)所有航天型號(hào)的回收著陸系統(tǒng)基本都由北京空間機(jī)電研究所完成，研究所在航天器回收著陸技術(shù)上的發(fā)展與我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展緊密相連、休戚相關(guān)[4]。

1 主要成就

1.1 圓滿完成任務(wù)，為中國(guó)航天的發(fā)展作出了杰出貢獻(xiàn)

北京空間機(jī)電研究所圓滿完成了我國(guó)載人航天、“嫦娥”工程重大專項(xiàng)任務(wù)，圓滿完成返回式衛(wèi)星以及各類導(dǎo)彈、無(wú)人機(jī)等研制配套任務(wù)。自1958年專業(yè)組建以來(lái)，據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)，先后完成了13種型號(hào)23種狀態(tài)探空火箭有效載荷的回收；完成了7種型號(hào)12種狀態(tài)戰(zhàn)略武器的數(shù)據(jù)艙回收裝置的研制；完成了9種型號(hào)10種狀態(tài)戰(zhàn)術(shù)武器局部或整體回收；完成了3種型號(hào)空投水雷減速穩(wěn)定系統(tǒng)的研制；完成了8種型號(hào)的衛(wèi)星返回系統(tǒng)的研制，以及11艘“神舟”號(hào)飛船的回收著陸系統(tǒng)的研制；完成了探月三期工程采樣返回器回收系統(tǒng)的研制并實(shí)現(xiàn)了高速再入返回飛行驗(yàn)證[5]。

（1）從探空火箭成功起步

毛澤東在黨的八大二次會(huì)議上提出“我們也要搞人造衛(wèi)星”的號(hào)召，中國(guó)的人造衛(wèi)星事業(yè)就此起步。人造衛(wèi)星及運(yùn)載火箭系統(tǒng)部分部件在上天之前需要利用探空火箭進(jìn)行飛行模擬試驗(yàn)，同時(shí)需要探測(cè)高空氣象及空間環(huán)境參數(shù)。因此，探空火箭是發(fā)展航天技術(shù)一種不可缺少的試驗(yàn)工具。與國(guó)外航天強(qiáng)國(guó)的發(fā)展相同，探空火箭的回收可以說(shuō)是我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)的搖籃。

1959年7月開(kāi)始的T-7M探空火箭研制任務(wù)是我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)的啟蒙型號(hào)。1960年4月17日，T-7M-003探空火箭成功實(shí)現(xiàn)了箭體回收，是我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)首次成功[6]。之后，一直到1998年，數(shù)十種型號(hào)的各類試驗(yàn)火箭、氣象火箭、生物火箭、核取樣火箭的回收著陸系統(tǒng)陸續(xù)研制成功，為我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）為國(guó)防發(fā)展發(fā)揮作用

在我國(guó)國(guó)防裝備大型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)艙回收系統(tǒng)研制中，為了摸清有效載荷再入大氣層過(guò)程中的各種情況，需對(duì)再入段進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。當(dāng)再入速度達(dá)到馬赫數(shù)10甚至更高時(shí)，有效載荷與周?chē)諝饽Σ廉a(chǎn)生的溫度可達(dá)到千度以上，會(huì)出現(xiàn)“黑障”現(xiàn)象。在當(dāng)時(shí)遙測(cè)方法無(wú)法解決的情況下，必須將這階段的數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)在有效載荷的數(shù)據(jù)艙磁帶中，在著地前將數(shù)據(jù)艙彈出，對(duì)其實(shí)施減速并回收，然后通過(guò)回收磁帶的方式獲取數(shù)據(jù)。

北京空間機(jī)電研究所先后四十余次承擔(dān)了此項(xiàng)任務(wù)，全部完成回收，為我國(guó)國(guó)防事業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，也使航天器回收著陸技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展。1980年5月18日，在我國(guó)首次遠(yuǎn)程火箭全程試驗(yàn)中，南太平洋成功回收數(shù)據(jù)艙就是一個(gè)意義重大的成功范例，這次試驗(yàn)對(duì)我國(guó)獲得和平穩(wěn)定的發(fā)展環(huán)境意義深遠(yuǎn)。

除戰(zhàn)略導(dǎo)彈之外，航天器回收著陸技術(shù)在其它各類導(dǎo)彈、武器、無(wú)人機(jī)上也得到了廣泛應(yīng)用。

服務(wù)于多用途、多兵種的各類戰(zhàn)術(shù)武器方面，不僅在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的研制階段得以應(yīng)用，氣動(dòng)減速裝置等還可成為這些武器的組成部分，滿足穩(wěn)定、減速、布撒、打擊等需求。服務(wù)于無(wú)人機(jī)方面，為多種型號(hào)先進(jìn)無(wú)人機(jī)研制配套回收著陸系統(tǒng)，滿足無(wú)人機(jī)重復(fù)使用或應(yīng)急安全著陸的需求，在我國(guó)首次突破了高速無(wú)人機(jī)的無(wú)損回收和可重復(fù)使用，采用可控翼傘的方式首次實(shí)現(xiàn)小型無(wú)人機(jī)的定點(diǎn)著陸[7]。

（3）成為世界上第三個(gè)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星回收的國(guó)家

返回式衛(wèi)星是中國(guó)最早研制的應(yīng)用衛(wèi)星，先后發(fā)射了7種型號(hào)25顆，是中國(guó)最成功的航天計(jì)劃之一。北京空間機(jī)電研究所承擔(dān)了所有返回式衛(wèi)星回收系統(tǒng)的研制任務(wù)，回收成功率達(dá)到 100%。通過(guò)返回式衛(wèi)星回收系統(tǒng)的研制，我國(guó)解決了高強(qiáng)度降落傘技術(shù)、時(shí)間——過(guò)載——時(shí)間回收控制技術(shù)、無(wú)線電回收標(biāo)位技術(shù)、防污染火工裝置技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，使我國(guó)成為世界上第三個(gè)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星回收的國(guó)家[8]。

2016年4月18日，“實(shí)踐十號(hào)”衛(wèi)星安全降落在預(yù)定著陸區(qū)域，我國(guó)返回式衛(wèi)星時(shí)隔十年后再次安全回家，為我國(guó)返回式衛(wèi)星金牌回收系統(tǒng)再添一枚新的勛章。

（4）為我國(guó)載人航天的發(fā)展夯基筑路

20世紀(jì)60年代末至70年初期我國(guó)開(kāi)展了“曙光”飛船的預(yù)先研究，北京空間機(jī)電研究所在大型降落傘等關(guān)鍵技術(shù)方面提前儲(chǔ)備了一定的基礎(chǔ)。1986年，北京空間機(jī)電研究所前瞻性地提出了飛船作為天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的方案，歷時(shí)五年，完成了“中國(guó)載人航天技術(shù)發(fā)展途徑研究與多用途飛船概念研究”，為我國(guó)載人航天工程的立項(xiàng)提供了重要的依據(jù)[9]。

1992年8月1日，中共中央決定了我國(guó)載人航天“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略，北京空間機(jī)電研究所承擔(dān)了“神舟”飛船回收著陸系統(tǒng)的研制任務(wù)。自1999年11月20日“神舟一號(hào)”發(fā)射以來(lái)，我國(guó)已成功完成了11艘神舟飛船的飛行任務(wù)，回收著陸系統(tǒng)不辱使命，實(shí)現(xiàn)了重大的技術(shù)突破，系統(tǒng)可靠性持續(xù)提高，確保了航天員安全健康地返回地球家園。從艱難摸索到技術(shù)成熟，“神舟”飛船回收著陸系統(tǒng)整體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平?；厥罩懴到y(tǒng)具備自動(dòng)判別返回艙所處狀態(tài)并選擇相應(yīng)著陸程序、自行檢測(cè)故障并進(jìn)行主備切換的功能，是目前我國(guó)回收質(zhì)量最大、著陸速度最低、可靠性安全性最高、系統(tǒng)最復(fù)雜的一套航天器回收著陸系統(tǒng)。

近年來(lái)，為了適應(yīng)我國(guó)未來(lái)載人航天事業(yè)的發(fā)展，北京空間機(jī)電研究所正在開(kāi)展新一代多用途飛船回收著陸系統(tǒng)的研制工作，其性能指標(biāo)和技術(shù)先進(jìn)性將在神舟飛船的基礎(chǔ)上有顯著的提升?；诜祷刭|(zhì)量和飛行參數(shù)等技術(shù)條件的不同，回收著陸系統(tǒng)將采用基于群傘的氣動(dòng)減速方案，并需要在超聲速條件下打開(kāi)穩(wěn)定減速傘。目前，已經(jīng)成功完成了大型群傘技術(shù)的空投試驗(yàn)驗(yàn)證和超聲速穩(wěn)定減速傘技術(shù)的飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，為我國(guó)載人航天的創(chuàng)新發(fā)展提供了重要參考。

（5）探月及深空探測(cè)再立新功

2004年1月，我國(guó)探月工程正式獲批立項(xiàng)，揭開(kāi)了我國(guó)開(kāi)展月球及深空探測(cè)活動(dòng)的序幕，按“繞、落、回”三步走的方針?lè)€(wěn)步實(shí)施[10]。

在探月二期工程中，北京空間機(jī)電研究所建設(shè)了月球著陸試驗(yàn)場(chǎng)，完成了“嫦娥三號(hào)”著陸驗(yàn)證器懸停避障試驗(yàn)、著陸穩(wěn)定性試驗(yàn)以及著陸緩沖試驗(yàn)等大量試驗(yàn)任務(wù)，充分驗(yàn)證了月球著陸器最終著陸段的工作性能。研制成功的伽瑪關(guān)機(jī)敏感器，確保了“嫦娥三號(hào)”著陸器落月前及時(shí)發(fā)出發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)指令。

在探月三期工程中，北京空間機(jī)電研究所研制成功了返回器回收系統(tǒng)。在返回試驗(yàn)器飛行試驗(yàn)中，回收系統(tǒng)工作正常，確保了我國(guó)首次地月返回圓滿成功，標(biāo)志著我國(guó)突破了第二宇宙速度再入返回技術(shù)。

我國(guó)計(jì)劃于2020年左右進(jìn)行首次獨(dú)立自主的火星探測(cè)，是月球探測(cè)之后的又一個(gè)重要標(biāo)志性工程[11]。北京空間機(jī)電研究所承擔(dān)了火星降落傘減速系統(tǒng)的研制任務(wù)。由于火星大氣相比地球大氣非常稀薄，導(dǎo)致火星降落傘開(kāi)傘條件具有超聲速、低動(dòng)壓、低密度的特點(diǎn)，對(duì)降落傘造成充氣開(kāi)傘顫振加劇、前體尾流干擾加劇、減速效率降低、穩(wěn)定性變差等影響，據(jù)此研究所開(kāi)展了大量細(xì)致的研究與試驗(yàn)工作，目前已完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，正在開(kāi)展初樣研制工作。

（6）衍生應(yīng)用百花齊放

基于航天器回收著陸技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大量的衍生應(yīng)用。創(chuàng)造了包括“東方紅一號(hào)”觀測(cè)裙、充氣式重力梯度桿、潛體排水氣囊、國(guó)慶紅宮燈、延時(shí)器、防彈衣、氣象火箭減速傘、巨型高速飛行紅旗等一大批應(yīng)用成果。

其中，“東方紅一號(hào)”觀測(cè)裙解決了我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星“看得見(jiàn)”的問(wèn)題，是我國(guó)首個(gè)空間柔性展開(kāi)薄膜結(jié)構(gòu)。充氣式重力梯度桿在新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星上成功應(yīng)用，是我國(guó)首次上天并成功運(yùn)行的空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)。為抗戰(zhàn)70周年研制成功的巨型高速飛行紅旗，為世界之最，確保了閱兵典禮的順利開(kāi)場(chǎng)。

1.2 掌握核心技術(shù)，構(gòu)建了完備的技術(shù)及產(chǎn)品體系

60年來(lái)，基于各項(xiàng)型號(hào)任務(wù)的研制需求，研究所研制開(kāi)發(fā)了各類航天器回收著陸系統(tǒng)產(chǎn)品，形成了從系統(tǒng)到子系統(tǒng)，到單機(jī)、部件的齊全的產(chǎn)品體系。結(jié)合產(chǎn)品研制，大力攻關(guān)核心關(guān)鍵技術(shù)，夯實(shí)相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)的研究，獨(dú)立自主掌握了完整的航天器回收著陸技術(shù)體系。

1.2.1 研制開(kāi)發(fā)

隨著60年的發(fā)展，研究所研制開(kāi)發(fā)了齊全的航天器回收著陸系統(tǒng)產(chǎn)品體系，所有產(chǎn)品均為自主研制，對(duì)各項(xiàng)型號(hào)任務(wù)的圓滿完成發(fā)揮了重要作用。

形成的回收著陸系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品主要有：載人運(yùn)輸飛船回收著陸系統(tǒng)、返回式衛(wèi)星回收著陸系統(tǒng)、探空和科學(xué)實(shí)驗(yàn)火箭回收系統(tǒng)、地外天體取樣返回回收系統(tǒng)、火星探測(cè)減速著陸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)艙回收系統(tǒng)、氣動(dòng)減速與穩(wěn)定系統(tǒng)、高速無(wú)人機(jī)回收著陸系統(tǒng)、低速旋翼機(jī)應(yīng)急回收系統(tǒng)、高空氣球載荷回收系統(tǒng)、彈載浮空器等等。

形成的單機(jī)級(jí)產(chǎn)品主要包括降落傘產(chǎn)品、著陸緩沖裝置產(chǎn)品、回收裝置結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)產(chǎn)品、回收控制裝置產(chǎn)品、回收標(biāo)位產(chǎn)品和火工裝置產(chǎn)品等。

降落傘產(chǎn)品主要有錐形帶條傘、無(wú)肋導(dǎo)向面?zhèn)?、環(huán)帆傘、方形傘、環(huán)縫傘、盤(pán)縫帶傘、平面圓形傘、十字形傘、沖壓式翼傘等數(shù)十種傘型產(chǎn)品。著陸緩沖裝置產(chǎn)品主要有全向緩沖氣囊、排氣式緩沖氣囊、軟著陸支架、著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)及近地高度敏感器等?；厥昭b置結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)產(chǎn)品主要有降落傘傘艙、數(shù)據(jù)艙、連接分離機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換吊掛吊索、可控傘伺服操縱機(jī)構(gòu)等。回收控制裝置產(chǎn)品主要有回收配電器、火工控制器、程序控制器、時(shí)間控制器、壓力高度控制器、加速度開(kāi)關(guān)、歸航控制器、伺服驅(qū)動(dòng)控制器多種類型控制產(chǎn)品。回收標(biāo)位產(chǎn)品主要包括回收信標(biāo)機(jī)、回收應(yīng)答機(jī)、柔性標(biāo)位天線、閃光標(biāo)位裝置、海水染色裝置、浮囊標(biāo)位裝置等，可采用多種手段實(shí)現(xiàn)空中及地面、水面標(biāo)位?；鸸ぱb置用于完成回收著陸系統(tǒng)需要的各種彈射、解鎖、分離等動(dòng)作，產(chǎn)品主要包括彈射器、彈傘筒、解鎖器、脫傘器、收口繩切割器、氣體發(fā)生器等。

以“神舟”飛船回收著陸系統(tǒng)為例，其產(chǎn)品組成如圖1所示，所有單機(jī)產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，完全自主可控[12-13]。

圖1 “神舟”飛船回收著陸系統(tǒng)產(chǎn)品組成Fig.1 The Shenzhou spacecraft recovery and landing system product composition

1.2.2 自主掌握

航天器回收著陸技術(shù)是一門(mén)綜合性工程應(yīng)用技術(shù)，60年來(lái)，我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，形成并自主掌握了完整的技術(shù)體系。以專業(yè)組成劃分，我國(guó)已經(jīng)發(fā)展形成的航天器回收著陸技術(shù)體系如圖2所示。

圖2 航天器回收著陸技術(shù)體系Fig.2 The spacecraft recovery and landing technology system

（1）航天器回收著陸涉及返回或進(jìn)入、下降減速、著陸緩沖乃至起飛上升等環(huán)節(jié)，涉及氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、控制、通訊等諸多學(xué)科，具有柔性材料多隨機(jī)性大、受環(huán)境影響大等特點(diǎn)。總體技術(shù)是最核心的環(huán)節(jié)，通過(guò)突破系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)與系統(tǒng)評(píng)估技術(shù)等核心技術(shù)，解決回收著陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，支持了載人飛船回收著陸系統(tǒng)、探月三期取樣返回回收著陸系統(tǒng)等系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品研制。

（2）系統(tǒng)仿真技術(shù)是回收著陸專業(yè)發(fā)展的重要支撐，通過(guò)突破多物理場(chǎng)耦合仿真技術(shù)、氣動(dòng)特性仿真技術(shù)、動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)、半實(shí)物仿真技術(shù)等核心技術(shù)，解決回收系統(tǒng)仿真驗(yàn)證的關(guān)鍵問(wèn)題，滿足各類回收著陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的需求[14]。

回收著陸系統(tǒng)向復(fù)雜環(huán)境下全過(guò)程感知和高精度自主控制的方向發(fā)展，通過(guò)不斷提升回收著陸程序控制技術(shù)、回收著陸算法及軟件技術(shù)、回收著陸狀態(tài)感知技術(shù)等核心技術(shù)水平，解決了諸多回收著陸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，支持了回收著陸控制系統(tǒng)產(chǎn)品的研制。

（3）航天器進(jìn)入或返回為了實(shí)現(xiàn)安全著陸的目的，必須進(jìn)行減速。通過(guò)突破降落傘及群傘設(shè)計(jì)技術(shù)、可控翼傘設(shè)計(jì)技術(shù)、降落傘包裝技術(shù)、充氣式氣動(dòng)減速技術(shù)等核心技術(shù)，解決了大量回收減速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，支持回收減速系統(tǒng)產(chǎn)品的研制。

（4）著陸緩沖技術(shù)是航天器著陸安全的核心環(huán)節(jié)，通過(guò)突破氣囊緩沖技術(shù)、機(jī)械式緩沖技術(shù)、水平滑跑著陸技術(shù)、著陸反推主動(dòng)緩沖技術(shù)等核心技術(shù)，解決了各類航天器著陸緩沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，支持著陸緩沖系統(tǒng)產(chǎn)品的研制[15]。

（5）標(biāo)位技術(shù)是回收著陸專業(yè)重要的支持性技術(shù)，通過(guò)突破水面漂浮標(biāo)位技術(shù)、導(dǎo)航標(biāo)位技術(shù)、無(wú)線電標(biāo)位技術(shù)等核心技術(shù)，解決了“神舟”飛船、返回式衛(wèi)星、取樣返回器等航天器返回標(biāo)位及快速搜尋的關(guān)鍵問(wèn)題，滿足返回任務(wù)的需要。

（6）回收著陸系統(tǒng)相關(guān)結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)除了考慮常規(guī)的外形、接口、強(qiáng)度、剛度、運(yùn)動(dòng)副等問(wèn)題外，還需要特別關(guān)注降落傘或氣囊等柔性展開(kāi)裝置的通道是否通暢、連接分離及轉(zhuǎn)換吊掛等環(huán)節(jié)的邏輯及順序關(guān)系是否匹配等，通過(guò)突破連接分離機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、轉(zhuǎn)換吊掛技術(shù)、展開(kāi)鎖定技術(shù)、錨定附著技術(shù)等核心技術(shù)，確?；厥罩懴到y(tǒng)工作滿足要求。

（7）回收著陸系統(tǒng)需要采用火工裝置技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種快速、可靠的彈射、分離、切割等動(dòng)作?；鸸ぱb置具有體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、能量質(zhì)量比高、作用時(shí)間短、一次性使用等特點(diǎn)?；鸸ぱb置一般由發(fā)火元件、裝藥和功能機(jī)構(gòu)組成，利用裝藥燃燒或爆炸產(chǎn)生的能量通過(guò)功能機(jī)構(gòu)來(lái)完成特定功能。

（8）系統(tǒng)試驗(yàn)技術(shù)是回收著陸專業(yè)重要的支撐技術(shù)，通過(guò)突破大載重空投試驗(yàn)技術(shù)、模擬地外天體著陸起飛試驗(yàn)技術(shù)、測(cè)量技術(shù)等核心技術(shù)，解決了回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的關(guān)鍵問(wèn)題，滿足回收系統(tǒng)產(chǎn)品試驗(yàn)驗(yàn)證的需求。

經(jīng)過(guò)60年的發(fā)展，北京空間機(jī)電研究所在航天器回收著陸技術(shù)領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，自主建立了完整的技術(shù)體系，其中部分技術(shù)水平已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。在載人航天方面，系“神舟”列飛船回收著陸圓滿成功，目前正在開(kāi)展新一代多用途飛船回收著陸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即將進(jìn)行搭載飛行試驗(yàn)。在深空探測(cè)方面，“嫦娥五號(hào)”飛行試驗(yàn)器首次實(shí)現(xiàn)地月返回，突破了以第二宇宙速度返回的減速與著陸技術(shù)；我國(guó)首次火星著陸探測(cè)任務(wù)中的降落傘減速系統(tǒng)基本完成初樣研制，計(jì)劃于 2020年發(fā)射飛行。在運(yùn)載火箭回收方面，正在開(kāi)展助推器安全可控回收系統(tǒng)的研究，研制成功原理樣機(jī)，完成了多次空投試驗(yàn)考核，即將開(kāi)展飛行演示驗(yàn)證；開(kāi)展了低成本運(yùn)載火箭一子級(jí)回收著陸系統(tǒng)的研究，完成了系統(tǒng)方案及縮比樣機(jī)的研制與試驗(yàn)[16]。在導(dǎo)彈武器方面，實(shí)現(xiàn)了從亞聲速到超聲速穩(wěn)定減速的跨越，超聲速降落傘減速裝置得到成功應(yīng)用，高超聲速充氣式再入減速裝置突破了關(guān)鍵技術(shù)，即將搭載探空火箭開(kāi)展飛行驗(yàn)證。

此外，基于回收著陸專業(yè)在降落傘、緩沖氣囊等柔性展開(kāi)結(jié)構(gòu)方面的技術(shù)基礎(chǔ)，北京空間機(jī)電研究所不斷突破柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、柔性結(jié)構(gòu)保形技術(shù)、折疊展開(kāi)技術(shù)、試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)等核心技術(shù)，使航天器回收著陸技術(shù)在空間柔性展開(kāi)系統(tǒng)方面的衍生應(yīng)用得到進(jìn)一步創(chuàng)新拓展?？傊教炱骰厥罩懠夹g(shù)的發(fā)展對(duì)我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展起著舉足輕重的作用，也必將在我國(guó)進(jìn)一步航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)、國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)以及軍民融合發(fā)展上發(fā)揮積極重要的作用。

2 發(fā)展展望

航天器回收著陸技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，美國(guó)、俄羅斯（及前蘇聯(lián)）先后完成了戰(zhàn)略武器試驗(yàn)彈頭和數(shù)據(jù)艙的回收，戰(zhàn)術(shù)武器整體回收，大型運(yùn)載火箭助推器、子級(jí)、整流罩的回收，多種衛(wèi)星和飛船的回收著陸，實(shí)現(xiàn)了月球、火星及金星等地外天體表面的軟著陸。目前美國(guó)、俄羅斯、歐洲、日本及印度等國(guó)均正向深空進(jìn)一步發(fā)展，美國(guó)還積極開(kāi)拓運(yùn)載火箭的重復(fù)使用，各航天強(qiáng)國(guó)在拓寬航天器回收著陸技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和突破傳統(tǒng)方法上正在開(kāi)展大量基礎(chǔ)性、前沿性的研究工作。例如，美國(guó)NASA在空間技術(shù)路線圖中將航天器進(jìn)入、減速與著陸（Entry，Descent，and Landing，EDL）技術(shù)作為NASA大力發(fā)展的14項(xiàng)空間技術(shù)之一，其主要內(nèi)容與本文所述航天器[17]回收著陸技術(shù)基本一致。

我國(guó)航天事業(yè)對(duì)航天器回收著陸技術(shù)的發(fā)展需求也非常迫切。隨著我國(guó)航天事業(yè)的飛速發(fā)展，未來(lái)自由進(jìn)出空天技術(shù)、深空探測(cè)技術(shù)、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器威懾與打擊技術(shù)等將是國(guó)家科技中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分?？梢灶A(yù)見(jiàn)的空間站天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)、航天員軌道應(yīng)急救生系統(tǒng)、深空探測(cè)的軟著陸與取樣返回、運(yùn)載器的回收重復(fù)使用、超高速飛行器的無(wú)損回收、各類新型武器的氣動(dòng)減速與穩(wěn)定裝置、空間柔性展開(kāi)結(jié)構(gòu)等任務(wù)對(duì)回收著陸技術(shù)提出了更高的需求。此外，回收著陸技術(shù)還將進(jìn)一步應(yīng)用到精確空投、太空旅游、搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救生等方面，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更多的作用。

客觀上，雖然我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，但是在研究深度和實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用指標(biāo)上我們相比世界先進(jìn)水平仍然有一定的差距，主要表現(xiàn)在：數(shù)值模擬與仿真分析的手段方法與效果尚待提高；近10 t及以上級(jí)大載重航天器回收著陸系統(tǒng)尚未成熟；火星及小行星等深空探測(cè)器的進(jìn)入減速與著陸關(guān)鍵技術(shù)還有待突破；航天器定點(diǎn)無(wú)損著陸技術(shù)有待驗(yàn)證；高超聲速充氣式減速技術(shù)研究剛剛起步。因此，有必要加速我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)國(guó)際一流。

2.1 發(fā)展航天器回收著陸核心技術(shù)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外航天器回收著陸技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)及趨勢(shì)主要包括：實(shí)現(xiàn)更重的載荷回收與著陸，適應(yīng)更快的進(jìn)入或返回速度，適應(yīng)高空乃至地外天體等更為復(fù)雜的環(huán)境，達(dá)到更高的下降及著陸精度，回收著陸系統(tǒng)的可靠性安全性不斷提升，實(shí)現(xiàn)航天器的重復(fù)使用。

2.1.1 大載重航天器回收著陸

我國(guó)后續(xù)新一代載人運(yùn)輸飛船回收著陸質(zhì)量達(dá)到 7t，運(yùn)載火箭一子級(jí)回收著陸質(zhì)量接近 10t，對(duì)大載質(zhì)量航天器回收著陸技術(shù)有迫切的需求，需要重點(diǎn)突破大型航天器群傘技術(shù)、大載質(zhì)量著陸緩沖氣囊技術(shù)、大型軟著陸支架技術(shù)以及大型航天器外場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)等核心技術(shù)。

其中大型航天器群傘技術(shù)主要需解決群傘開(kāi)傘充氣同步性控制、群傘系統(tǒng)氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。大載質(zhì)量著陸緩沖氣囊技術(shù)主要需解決緩沖過(guò)程精確排氣控制、復(fù)雜地形著陸穩(wěn)定性適應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。大型軟著陸支架技術(shù)主要需解決高性能緩沖器、高可靠展開(kāi)鎖定機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。大型航天器外場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)主要需解決大型航天器空投試驗(yàn)、大型航天器著陸沖擊試驗(yàn)以及回收著陸系統(tǒng)試驗(yàn)相似準(zhǔn)則及評(píng)估方法等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2.1.2 高超聲速充氣式再入減速

高超聲速充氣式再入減速技術(shù)是航天器回收著陸技術(shù)發(fā)展的一個(gè)較新的方向，在航天器再入返回、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器減速回收、高空大氣探測(cè)、試驗(yàn)飛行器回收、深空探測(cè)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，此項(xiàng)技術(shù)也是目前國(guó)際研究的熱點(diǎn)[18]。

高聲速充氣式再入減速技術(shù)是針對(duì)與傳統(tǒng)基于降落傘氣動(dòng)減速為主的一種全新概念的航天器回收著陸系統(tǒng)。發(fā)射入軌時(shí)可以收縮成很小的體積；再入返回時(shí)由折疊狀的耐高溫柔性編織物包裹在有效載荷艙外圍，形成防熱罩；進(jìn)入大氣層前，防熱罩依靠自身內(nèi)部氣體壓力充氣形成倒錐外形，包裹著有效載荷以免被劇烈的氣動(dòng)加熱燒毀，并有效地進(jìn)行氣動(dòng)減速；下降過(guò)程中可增加迎風(fēng)阻力面積，最終以安全速度著陸或?yàn)R落。高超聲速充氣式再入減速技術(shù)提出的新概念和新系統(tǒng)質(zhì)量輕，所占空間小，具有更強(qiáng)的載荷回收能力；能夠作為空間設(shè)施、相關(guān)設(shè)備物資或航天員的應(yīng)急返回手段，為空間往返運(yùn)輸系統(tǒng)的瓶頸技術(shù)提供了新型解決途徑。主要需要解決輕質(zhì)柔性熱防護(hù)材料技術(shù)、折疊包裝及充氣展開(kāi)技術(shù)、柔性充氣結(jié)構(gòu)氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2.1.3 精確定點(diǎn)回收著陸

精確定點(diǎn)回收著陸技術(shù)是指返回式航天器通過(guò)機(jī)動(dòng)飛行實(shí)現(xiàn)在指定地點(diǎn)安全著陸的技術(shù)。一般有兩類技術(shù)途徑：其一是航天飛機(jī)、空天飛機(jī)等航天器自身具備良好的機(jī)動(dòng)飛行能力，可精確降落到指定的跑道，通過(guò)起落架、阻力傘等系統(tǒng)裝置實(shí)現(xiàn)最終的安全著陸；另一類技術(shù)途徑是采用具有機(jī)動(dòng)能力的可控翼傘回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)飛行器的定點(diǎn)著陸，并通過(guò)翼傘的“雀降”操作或輔助以著陸緩沖手段實(shí)現(xiàn)飛行器的安全無(wú)損著陸。

實(shí)現(xiàn)精確定點(diǎn)回收著陸是航天器回收著陸技術(shù)發(fā)展的重要方向。一方面，空天一體化是航天技術(shù)在天地往返方向的必然發(fā)展趨勢(shì)；另一方面，基于傳統(tǒng)的傘降回收方式落點(diǎn)散布大，對(duì)落區(qū)設(shè)置、地面搜救、居民疏散等帶來(lái)較多的要求，有很多的局限。

對(duì)于空天飛行器著陸技術(shù)，由于相比一般航空器而言著陸系統(tǒng)空間狹小、著陸速度大、經(jīng)歷環(huán)境復(fù)雜，主要需解決高速著陸系統(tǒng)集成與優(yōu)化設(shè)計(jì)、無(wú)源驅(qū)動(dòng)起落架可靠收放、高效率緩沖、小尺寸高速剎車(chē)與輪胎等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。對(duì)于可控翼傘回收技術(shù)，主要需解決大型翼傘可靠充氣與型面保持、器傘組合體精確歸航控制技術(shù)、大功率伺服操縱及雀降等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2.1.4 超聲速降落傘

超聲速條件下，普通降落傘不可避免的出現(xiàn)顫振、呼吸、阻力面積下降等現(xiàn)象，馬赫數(shù)高時(shí)還有氣動(dòng)加熱問(wèn)題，且受前體尾流的影響非常明顯。超聲速降落傘需能夠克服這些現(xiàn)象對(duì)傘的性能及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。超聲速降落傘可以用于火星著陸探測(cè)的減速傘，運(yùn)載火箭助推器或芯級(jí)安全回收時(shí)的穩(wěn)定傘，新一代多用途飛船回收時(shí)的穩(wěn)定傘以及高速突防導(dǎo)彈的減速穩(wěn)定傘等。

超聲速降落傘技術(shù)需要解決適用于超聲速條件的降落傘傘型設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化、超聲速條件降落傘可靠開(kāi)傘方法以及模擬開(kāi)傘條件的試驗(yàn)驗(yàn)證等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。事實(shí)上，除了用于火星探測(cè)所需的超聲速低密度降落傘之外，還需研究適用于地球70km及以上的超聲速超低動(dòng)壓（不大于10Pa的開(kāi)傘動(dòng)壓）降落傘技術(shù)，以及適用于地球低空的超聲速超高動(dòng)壓（不小于0.1MPa的開(kāi)傘動(dòng)壓）降落傘技術(shù)。

2.1.5 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真

航天器回收著陸系統(tǒng)采用以降落傘、充氣減速裝置為主要形式的柔性氣動(dòng)減速裝置，涉及到剛?cè)峤M合體的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題比較復(fù)雜，包括：降落傘拉直過(guò)程中的柔性繩索動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、柔性體（傘衣、傘繩等）的氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、柔性體充氣過(guò)程中結(jié)構(gòu)變形與周?chē)黧w的耦合動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、物-傘組合體系統(tǒng)的多體飛行動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、著陸緩沖裝置與不同介質(zhì)地面之間的耦合碰撞與相互作用問(wèn)題等等，統(tǒng)稱為回收著陸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。

回收著陸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是進(jìn)行回收著陸設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，回收著陸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性是評(píng)定回收著陸系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，一般通過(guò)試驗(yàn)、仿真手段來(lái)研究，但試驗(yàn)研究中往往很難模擬真實(shí)的工況或者模擬真實(shí)工況,付出的代價(jià)很大，因此仿真手段是研究回收著陸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的重要途徑。回收著陸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)需要對(duì)高彈性柔性結(jié)構(gòu)多物理場(chǎng)耦合分析、物傘系統(tǒng)等多體動(dòng)力學(xué)、柔性體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)以及航天器著陸緩沖沖擊及振動(dòng)響應(yīng)分析等問(wèn)題開(kāi)展深入研究，為工程應(yīng)用提供更好的理論支持。

2.2 構(gòu)建航天器回收著陸技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)

為適應(yīng)我國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)以及國(guó)防科技和軍民融合發(fā)展的新形勢(shì)和新任務(wù)需求，有必要構(gòu)建航天器回收著陸技術(shù)的自主創(chuàng)新平臺(tái)。

緊密?chē)@國(guó)家航天技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，提出滿足未來(lái)發(fā)展需求的航天器回收著陸技術(shù)創(chuàng)新體系，搶占科技發(fā)展戰(zhàn)略制高點(diǎn)。開(kāi)展應(yīng)用基礎(chǔ)和技術(shù)的研發(fā)，提高科學(xué)研究水平和成果轉(zhuǎn)化能力，開(kāi)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品研發(fā)，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，提高我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)水平。

通過(guò)構(gòu)建航天器回收著陸技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，擴(kuò)展合作交流的范圍，共聚合力，全面覆蓋航天器回收著陸技術(shù)全流程，與相關(guān)高校、研究院所、專業(yè)公司以及用戶單位等形成我國(guó)完善的航天器回收著陸技術(shù)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟。通過(guò)創(chuàng)新平臺(tái)，提供開(kāi)放式的人才培養(yǎng)基地，提供學(xué)術(shù)交流和國(guó)際合作的重要保障，從而為提高我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)整體研究水平提供強(qiáng)有力的支持。通過(guò)匯聚國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀專業(yè)人才、成果等優(yōu)勢(shì)科技資源，使這些資源在共同的目標(biāo)下得到有效的整合，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)自主創(chuàng)新能力、軍民融合能力的提升，為實(shí)現(xiàn)國(guó)際領(lǐng)先提供更好的保障。

3 結(jié)束語(yǔ)

航天器回收著陸技術(shù)是北京空間機(jī)電研究所1958年8月21日建所以來(lái)一直致力發(fā)展的專業(yè)技術(shù)，經(jīng)過(guò)返回式衛(wèi)星、載人航天以及深空探測(cè)等工程任務(wù)的洗禮，形成了較為完整的工程研究體系，為我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。但是，面對(duì)我國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)飛速發(fā)展的需求，面對(duì)后續(xù)再載人航天、深空探測(cè)等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用需求，對(duì)照世界航天回收著陸技術(shù)先進(jìn)水平，我國(guó)仍存在著差距，有的新型技術(shù)手段還剛起步，缺乏重要的原始創(chuàng)新。因此，我們應(yīng)堅(jiān)定不移地以黨的“十九大”精神為指導(dǎo)，大力弘揚(yáng)“兩彈一星”精神和載人航天精神，充分借鑒60年來(lái)取得的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，求真務(wù)實(shí)，開(kāi)拓創(chuàng)新，努力使我國(guó)航天器回收著陸技術(shù)實(shí)現(xiàn)國(guó)際領(lǐng)先，為我國(guó)航天事業(yè)又好又快地發(fā)展做出更大成績(jī)。