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        新火箭新飛船首飛告捷載人航天第三步拉開大幕

        2020-06-22 07:22:06代振瑩高一鳴
        太空探索 2020年6期
        關(guān)鍵詞:返回艙載人空間站

        文/ 代振瑩 高一鳴

        ▲ 長征五號B 運(yùn)載火箭首次飛行取得圓滿成功 宿東攝

        5 月5 日18 時00 分,中國文昌航天發(fā)射場,長征五號B 運(yùn)載火箭點(diǎn)火升空,隨后將新一代載人飛船試驗(yàn)船等載荷送入預(yù)定軌道,首次飛行任務(wù)取得圓滿成功。中共中央、國務(wù)院、中央軍委致電祝賀。5 月8 日13 時49 分,我國新一代載人飛船試驗(yàn)船的返回艙成功降落在東風(fēng)著陸場預(yù)定區(qū)域,新飛船試驗(yàn)船飛行試驗(yàn)任務(wù)取得圓滿成功,實(shí)現(xiàn)空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷,拉開我國載人航天工程“第三步”任務(wù)序幕。

        “新火箭”長五B 首飛成功

        長征五號B 運(yùn)載火箭是我國乃至亞洲首次發(fā)射的超過20 噸的航天器。此次任務(wù)的成功進(jìn)一步奠定了長征五號系列火箭運(yùn)載能力在世界現(xiàn)役火箭第一梯隊(duì)中的地位,標(biāo)志著我國正式打通25 噸級“天地運(yùn)輸走廊”,具備了建設(shè)載人空間站等大型空間基礎(chǔ)設(shè)施的能力,是我國在航天強(qiáng)國建設(shè)征程中邁出的關(guān)鍵一步。

        長征五號系列火箭由中國航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制,主要包括長征五號和長征五號B 兩型火箭,體現(xiàn)了“系列化、通用化、組合化”的研制思想。該系列火箭芯一級直徑5 米,捆綁4 個直徑3.35 米的助推器,分別采用綠色、高性能的液氧、液氫和液氧、煤油作為推進(jìn)劑,起飛推力達(dá)到千噸級。

        與“長征五號”相比,長五B 火箭減少了二子級和級間段,是我國首型“一級半”火箭(助推器又稱為“半級”),根據(jù)空間站任務(wù)要求新研制了長度20.5 米、直徑5.2 米的我國最大的整流罩,并對全箭進(jìn)行了適應(yīng)性改造。長五B 火箭全長約53.7 米,起飛質(zhì)量約849 噸,近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到25噸級,可滿足約22 噸的空間站艙段發(fā)射需求。

        在此次任務(wù)中,采用大推力氫氧發(fā)動機(jī)的火箭芯一級直接將航天器送入預(yù)定軌道,精度堪稱“正中靶心”,標(biāo)志著我國成為極少數(shù)掌握“一級半”火箭大推力直接精確入軌技術(shù)的國家之一。

        此外,型號隊(duì)伍還突破了低溫火箭“零窗口”發(fā)射、大直徑艙箭分離等一系列關(guān)鍵技術(shù),確保后續(xù)空間站艙段準(zhǔn)時發(fā)射、安全分離、精確入軌,同時也為我國發(fā)展更大規(guī)模的運(yùn)載火箭奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

        據(jù)統(tǒng)計(jì),自1999 年“神舟一號”發(fā)射以來,我國載人航天工程已先后組織實(shí)施16 次重大飛行任務(wù),全部取得成功。本次發(fā)射是長征系列運(yùn)載火箭的第331 次飛行。

        新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙成功返回

        新一代載人飛船是面向我國近地空間站運(yùn)營、載人深空探測等任務(wù)需求而論證的新一代天地往返運(yùn)輸飛行器,具備高安全、高可靠、適應(yīng)多任務(wù)和模塊化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。新一代載人飛船采用返回艙與服務(wù)艙兩艙構(gòu)型,使用相同返回艙,通過配置不同的服務(wù)艙模塊來適應(yīng)近地空間站和載人深空探測任務(wù)。

        新一代載人飛船試驗(yàn)船由中國航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國空間技術(shù)研究院抓總研制。此次任務(wù)中,新飛船試驗(yàn)船首次采用新型防熱材料與結(jié)構(gòu)、群傘系統(tǒng)、著陸緩沖氣囊、單組元無毒推進(jìn)系統(tǒng)、超大型表面張力貯箱等一系列新技術(shù)、新產(chǎn)品。

        5 月8 日12 時21 分,北京航天飛行控制中心控制試驗(yàn)船完成返回制動,進(jìn)入返回軌道。13 時33 分,服務(wù)艙與返回艙成功分離。13 時49 分,試驗(yàn)船返回艙安全著陸。搜救分隊(duì)第一時間發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并到達(dá)著陸現(xiàn)場開展處置,經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn),艙體結(jié)構(gòu)完好。

        自5 月5 日18 時整新一代載人飛船試驗(yàn)船在中國文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空后,試驗(yàn)船在軌飛行2 天19 小時,通過7 次自主軌控將軌道抬升至遠(yuǎn)地點(diǎn)為8000 公里左右的大橢圓軌道,制動后以超過9公里/秒的再入速度返回,為返回艙創(chuàng)造了接近第二宇宙速度返回再入的熱流條件;再入返回階段,試驗(yàn)船通過新型返回制導(dǎo)策略控制再入飛行過程,以群傘減速、大型氣囊緩沖著陸,在東風(fēng)著陸場成功回收。

        新飛船試驗(yàn)船完成了多項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn),驗(yàn)證了高速再入返回防熱、控制和群傘回收等關(guān)健技術(shù),獲取重要飛行參數(shù),為科學(xué)研究和技術(shù)改進(jìn)積累飛行數(shù)據(jù)。

        ▲ 降落在東風(fēng)著陸場的新一代載人飛船 汪江波攝

        在軌飛行階段,試驗(yàn)船返回艙首次采用了國際上推力最大的單組元無毒發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)使用的HAN 推進(jìn)劑具有無毒、無污染等優(yōu)點(diǎn),后續(xù)將全面替代現(xiàn)有推進(jìn)劑,進(jìn)一步提高航天員的安全性。

        試驗(yàn)船還首次采用了國內(nèi)目前空間飛行器用的最大容積表面張力貯箱。貯箱裝載了10 噸左右推進(jìn)劑,充足的推進(jìn)劑,讓試驗(yàn)船具備了更大的軌道機(jī)動能力,助力試驗(yàn)船進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)為8000 公里左右的大橢圓軌道,為大再入角高速再入返回創(chuàng)造了充分條件。

        2 天7 次的自主變軌中,與以往由地面人為控制變軌、進(jìn)行天地交互和軌道修正的狀態(tài)不同,此次7 次自主變軌完全依靠試驗(yàn)船自身來完成。綜合電子系統(tǒng)和GNC 系統(tǒng)就像飛船的“大腦”一樣,綜合分析并處理試驗(yàn)船飛行狀態(tài)。綜合電子系統(tǒng)自主生成軌控期間飛行程序,GNC 系統(tǒng)自主確定行駛路線并進(jìn)行導(dǎo)航,還能實(shí)時掌握飛船當(dāng)前的位置和速度,并自主控制軌控發(fā)動機(jī)開關(guān)機(jī),最終到達(dá)目標(biāo)大橢圓軌道。

        再入返回階段,試驗(yàn)船首次采用的新型防熱材料與結(jié)構(gòu)經(jīng)受考驗(yàn)。整個防熱結(jié)構(gòu)在重量同比降低超過30%的基礎(chǔ)上,防熱效率比神舟飛船還要高,不僅承受住了再入返回過程中最高2000多攝氏度的高溫?zé)g,守護(hù)了返回艙的安全,而且首次采用可拆卸設(shè)計(jì)。返回后將燒蝕過的防熱結(jié)構(gòu)拆卸,更換一套新的防熱結(jié)構(gòu),并對返回艙進(jìn)行一次“體檢”,返回艙就能投入下一次任務(wù)。

        試驗(yàn)船在返回過程中到達(dá)指定高度后,兩具減速傘和3具主傘依次打開。這是此次飛行首次采用的群傘氣動減速技術(shù),該技術(shù)成功將返回艙的速度從“飛機(jī)飛行速度”降為“汽車市區(qū)行駛速度”。落地之前,6 個氣囊順利充氣打開,首次新型減速緩沖方案幫助艙體平穩(wěn)“軟著陸”,最大程度保證了返回艙的安全、完整回收。

        此次飛行另一主要任務(wù)是獲取在軌數(shù)據(jù),為未來研制提供科學(xué)支撐。設(shè)計(jì)人員為試驗(yàn)船量身定制在軌數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng),該系統(tǒng)通過測量返回艙大底和側(cè)壁表面特征點(diǎn)的壓力和溫度,獲取了返回艙高速再入過程的氣動力和熱特性參數(shù);通過多種傳感器網(wǎng)絡(luò),獲取了船箭分離沖擊載荷,以及運(yùn)載發(fā)射、在軌飛行和返回著陸過程的載荷環(huán)境。而這些寶貴數(shù)據(jù)都保存在試驗(yàn)船的“黑匣子”中,為新一代載人飛船的研制優(yōu)化提供重要參考。

        試驗(yàn)船飛行驗(yàn)證的成功實(shí)施為研制我國新一代載人飛船,實(shí)現(xiàn)我國載人天地往返運(yùn)輸技術(shù)由跟跑到并跑、領(lǐng)跑的跨越式發(fā)展,為我國載人空間站建造運(yùn)營和載人深空探測奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),開啟我國載人航天工程新篇章。

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