何青松 王立武 王寒冰 王廣興 房冠輝

(1 北京空間機(jī)電研究所,北京 100094)

(2 中國航天科技集團(tuán)有限公司航天進(jìn)入、減速與著陸技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,北京 100094)

隨著我國載人航天工程的不斷發(fā)展,對于部分任務(wù)模式,需要考慮海上回收情況,可以提高飛船在軌階段的應(yīng)急返回靈活性。同時,近年來隨著我國海南文昌航天發(fā)射中心投入使用,對航天器海上回收技術(shù)的需求也應(yīng)運(yùn)而生。此外,運(yùn)載火箭子級、助推器以及整流罩的海上回收,一方面可以保證分離體的下落軌跡,確保落點(diǎn)安全,另一方面可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭可重復(fù)使用,降低航天發(fā)射成本。因此,發(fā)展海上回收技術(shù)對我國航天事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

海上回收又可分為海上平臺回收和海上傘降回收,海上平臺回收是指飛行器完成任務(wù)后通過自身攜帶的控制系統(tǒng)和動力裝置,按照設(shè)定的軌跡自主飛行到海上平臺,如美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX)研制的法爾肯9重復(fù)使用火箭子級回收[1]。海上傘降回收是通過降落傘使航天器減速到一定速度,然后航天器直接濺落到海面上,然后通過海上搜救船和直升機(jī)找尋并回收,如美國航天飛機(jī)助推器以及阿波羅飛船等的回收方式[2-3]。我國已經(jīng)完成神舟飛船和返回式衛(wèi)星的陸地回收,基于陸地回收技術(shù)中已有的降落傘減速技術(shù)發(fā)展海上傘降回收技術(shù)是實(shí)現(xiàn)航天器海上回收的較好的選擇。而且,海上傘降回收的可靠性高、運(yùn)載能力損失低,長期以來世界各航天大國一直在開展相關(guān)研究。

相比于陸地回收,海上傘降回收有如下優(yōu)勢[4]:著水沖擊力相對于著陸沖擊力更小,航天器不用安裝著陸緩沖系統(tǒng),降低了航天器的質(zhì)量;海上傘降回收能夠避免陸地上存在的溝壑以及樹木等天然危險物,有利于航天器的安全回收,還能避免降落到人口密集區(qū)域,造成對人員和建筑物的傷害,導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失;海面的物理特性變化較小,海區(qū)選擇相對容易,增強(qiáng)了對航天器對多種傾角軌道的適應(yīng)性;海域相比于陸地更加寬闊,飛船在軌應(yīng)急返回可供選擇的著陸區(qū)域更大,增加了在軌應(yīng)急返回的靈活度。

開展海上傘降回收面臨的問題非常多,包括航天器的軌道設(shè)計、測控網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)、以及構(gòu)建海上著陸場和海上搜救系統(tǒng)等,這些問題對于航天器海上傘降回收的順利開展都十分重要。相比于我國已經(jīng)掌握的陸上回收技術(shù)而言,海上傘降回收最大的不同還是在于降落傘開傘后面臨的氣動減速以及海上搜救等問題,因此本文將重點(diǎn)對這些問題進(jìn)行介紹。

本文就國外航天器海上傘降回收情況進(jìn)行了介紹,分析了海上傘降回收的關(guān)鍵環(huán)節(jié),對我國開展海上傘降回收的研究基礎(chǔ)進(jìn)行了介紹,并對開展海上傘降回收進(jìn)行了研究展望,相關(guān)內(nèi)容可為我國進(jìn)行海上傘降回收研究提供參考。

1 國外海上傘降回收進(jìn)展

目前,采用海上傘降回收最多的國家是美國,已經(jīng)成功完成了多種型號飛船返回艙、航天飛機(jī)助推器以及整流罩的海上傘降回收,還對運(yùn)載火箭子級海上傘降回收進(jìn)行了系統(tǒng)研究。除美國外,歐空局和俄羅斯合作進(jìn)行了阿里安5號(Ariane-5)助推器的海上傘降回收,印度成功完成了太空艙返回試驗(yàn)船(SRE)的海上傘降回收。

1.1 返回艙海上傘降回收

美國采用海上傘降回收成功進(jìn)行了水星號(Mercury)、雙子座(Gemini)以及阿波羅(Apollo)3個系列飛船的返回艙回收[5]。美國第1個載人航天計劃是水星計劃,共實(shí)施6次載人發(fā)射,飛船返回艙采用單傘減速回收的方式,飛船最終以8.5 m/s的速度著水[6]。雙子座飛船外形與水星號飛船相似,共進(jìn)行了10次載人飛行,飛船返回艙的降落傘著陸系統(tǒng)基本上沿用了水星號的方案。其中,雙子座降落傘回收系統(tǒng)共進(jìn)行了67次試驗(yàn),水星號降落傘回收系統(tǒng)進(jìn)行了多達(dá)152次試驗(yàn)[7]。雙子座降落傘回收系統(tǒng)在索爾頓湖上進(jìn)行的試驗(yàn)如圖1所示[8]。

圖1 雙子座降落傘回收系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)Fig.1 Experiment of Gemini parachute system

阿波羅降落傘回收系統(tǒng)的設(shè)計是基于水星號和雙子座的經(jīng)驗(yàn),由于技術(shù)復(fù)雜性的增加,阿波羅計劃仍進(jìn)行了多達(dá)147次試驗(yàn)[7]。阿波羅飛船回收系統(tǒng)的工作過程如圖2所示,阿波羅飛船采用了三群傘系統(tǒng)進(jìn)行減速[9]。

圖2 阿波羅飛船回收系統(tǒng)工作過程Fig.2 Working process of Apollo recovery system

美國近年來研制的獵戶座飛船(Orion)返回艙在設(shè)計上一定程度上繼承了阿波羅飛船的設(shè)計,獵戶座返回艙質(zhì)量為9237 kg,是阿波羅飛船的1.6倍[10]。相對于阿波羅飛船,獵戶座飛船采用的降落傘更大,提出的技術(shù)指標(biāo)更高。美國SpaceX 公司研制的龍系列飛船(Dragon)包括龍一和龍二,其中貨運(yùn)飛船龍一采用了海上傘降回收。飛船的減速傘和主傘都布置在返回艙的下部,減小了返回艙上部空間布局難度,降低了返回艙的重心高度[11]。

印度在2007 年發(fā)射了太空艙返回試驗(yàn)船(SRE-1),它是印度第一個返回式航天器。試驗(yàn)船在太空飛行12天后成功濺落在孟加拉海面上,由印度海岸警衛(wèi)隊和印度海軍出動艦只、固定翼飛機(jī)和直升機(jī)成功回收了返回試驗(yàn)船[12]。太空艙返回試驗(yàn)船模型在海面作漂浮試驗(yàn)如圖3所示[12]。

圖3 太空艙返回試驗(yàn)船模型海面漂浮試驗(yàn)Fig.3 Space capsule module floating test

1.2 火箭助推器海上傘降回收

航天飛機(jī)的助推器的再入質(zhì)量為81 600 kg,是目前被降落傘回收最重的載荷[13-14]。航天飛機(jī)助推器采用的三具主傘回收,以23～27 m/s的速度濺落在海面上,航天飛機(jī)助推器濺落過程如圖4所示。根據(jù)任務(wù)需求,航天飛機(jī)助推器降落傘狀態(tài)進(jìn)行了兩次較大更改,單具主傘面積最大時達(dá)1320 m2,質(zhì)量達(dá)980 kg[14]。

圖4 航天飛機(jī)助推器濺落過程Fig.4 Process of space shuttle booster splashdown

戰(zhàn)神火箭(Ares)是星座計劃中的運(yùn)載火箭,戰(zhàn)神Ⅴ火箭助推器和戰(zhàn)神Ⅰ火箭第一級回收系統(tǒng)的設(shè)計基本相同,兩者回收方案也基本相同。戰(zhàn)神Ⅰ火箭的第一級設(shè)計為可回收重復(fù)使用,其回收系統(tǒng)方案繼承了航天飛機(jī)助推器的回收系統(tǒng)方案。截止2009年10月,戰(zhàn)神Ⅰ火箭降落傘回收系統(tǒng)開展了多次的火箭橇試驗(yàn)和空投試驗(yàn),降落傘系統(tǒng)得到了有效的驗(yàn)證[14]。但是美國星座計劃取消后,戰(zhàn)神火箭的研制也終止了。

20世紀(jì)80年代中期,歐空局和俄羅斯合作開始研究阿里安5號的固體火箭助推器的回收技術(shù)。歐洲阿里安5號助推器的降落傘回收系統(tǒng)安裝在助推器的前部和頭錐內(nèi),通過降落傘系統(tǒng)減速,助推器最終濺落海面的速度低于27 m/s[15]。1996年6月,阿里安5號運(yùn)載火箭的首次發(fā)射試驗(yàn)中由于火箭故障,助推器的傘降回收系統(tǒng)未能得到驗(yàn)證。1998年10月,傘降系統(tǒng)成功回收一個助推器,另一個助推器再入過程中被折斷,未能回收[16]。

1.3 整流罩海上傘降回收

2019年6月,在獵鷹重型火箭(Falcon Heavy)的第3次發(fā)射中,SpaceX 的新型網(wǎng)捕船成功捕獲到半個整流罩,完成航天史上第一次對整流罩的回收[17-18]?；鸺髡衷?00 km 左右高空分離后通過冷氮?dú)鈬娚湔{(diào)整姿態(tài),以半弧形朝下的姿勢墜入底層大氣。下降到大約15 km 的高空處,減速傘打開穩(wěn)定整流罩下落。不同于常用的海上傘降回收方式,在下降的最后階段,SpaceX 采用翼傘對整流罩進(jìn)行可控回收,翼傘面積約為280 m2[17]。為了避免整流罩被海水腐蝕導(dǎo)致無法工作,SpaceX 在海上部署了大型捕捉船,捕捉船伸出4個可伸縮大臂支撐大網(wǎng),在整流罩落入大海之前將整流罩接住,如圖5所示[19]。

圖5 整流罩捕獲Fig.5 Fairing capture

相比于常用的海上傘降回收方案,Space X 的整流罩回收方案不需要對整流罩進(jìn)行海上打撈,同時整流罩沒有被海水侵蝕,能夠有效縮短翻修時間,降低翻修費(fèi)用。由于需要將整流罩精準(zhǔn)的落入網(wǎng)捕船中,這種方案技術(shù)更加復(fù)雜,主要涉及到翼傘精確回收系統(tǒng)的建立。在翼傘理論研究方面,難點(diǎn)在于翼傘模型建立、航跡規(guī)劃、歸航控制算法等研究。在實(shí)際應(yīng)用方面,需要針對海上環(huán)境開展多次空投試驗(yàn),海上空投試驗(yàn)還需要考慮高海況情況,這無疑增加了海上空投試驗(yàn)的難度。

2 海上傘降回收關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析

2.1 海上傘降回收技術(shù)體系

目前,通過海上傘降回收主要完成了助推器、整流罩以及飛船返回艙的回收,為這3種航天器海上傘降回收過程的如圖6 所示。由于回收方案的不同,是否采用引導(dǎo)傘以及各階段采用的降落傘個數(shù)也存在差異。當(dāng)航天器濺落在海面上后,需要進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整以便后續(xù)回收工作的開展。搜救人員通過航天器發(fā)出的標(biāo)位信息確定航天器的濺落地點(diǎn),然后迅速靠近開展救援回收工作。返回艙的救援回收過程中采用了救援直升機(jī)和搜救船,助推器的回收中通常采用搜救船進(jìn)行拖運(yùn),而整流罩則通過網(wǎng)捕船進(jìn)行捕獲。

圖6 海上傘降回收過程簡圖Fig.6 Sketch of process on parachute offshore recovery

雖然助推器、整流罩和飛船返回艙成功回收的方案存在一些差異,但總體上可將航天器海上傘降回收技術(shù)歸納為降落傘對航天器進(jìn)行氣動減速的降落傘氣動減速技術(shù);航天器濺落海面涉及到的航天器著水沖擊技術(shù);航天器濺落海面后對航天器姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整以便救援回收工作開展的航天器姿態(tài)調(diào)整技術(shù);航天器發(fā)出位置信號以便搜救人員盡早發(fā)現(xiàn)航天器的海上標(biāo)位技術(shù);搜救人員對航天員進(jìn)行救援以及對航天器各部件進(jìn)行回收的海上救援回收技術(shù)。

2.2 降落傘氣動減速

降落傘氣動減速的主要作用是降低航天器的下降速度,穩(wěn)定航天器的運(yùn)動姿態(tài),保證航天器按照要求的姿態(tài)和速度濺落在海面上。研究表明,返回艙的入水姿態(tài)和入水速度對最大加速的影響十分顯著[20-21]。因此,降落傘以及航天器吊掛方式等的設(shè)計對航天器能否安全著水十分重要。我國在神舟系列飛船和返回式衛(wèi)星的陸地回收中已經(jīng)積累了豐富的降落傘氣動減速技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)[22],可為我國海上傘降回收提供有力的技術(shù)支撐。目前航天器質(zhì)量都比較大,普遍采用了群傘系統(tǒng)進(jìn)行氣動減速,另外采用群傘系統(tǒng)還可以降低災(zāi)難性事故的概率。阿波羅15號返回艙返回地球時,其中一具主傘失效,另外兩具主傘正常工作仍保證了返回艙安全著水,如圖7所示[9]。但是群傘系統(tǒng)面臨的技術(shù)難點(diǎn)多,存在開傘不同步、開傘過程過載較大等問題。

圖7 阿波羅15號一具主傘失效Fig.7 One of Apollo 15 main parachutes failure

2.3 航天器著水沖擊

陸地回收除利用降落傘減速外,還需要增加氣囊或反推發(fā)動機(jī)等著陸緩沖裝置,而海上回收通常不采用著陸緩沖裝置,而是直接濺落在海面上,這就涉及到航天器著水沖擊的研究。航天器著水沖擊問題的研究主要是為了考察著水過程中沖擊載荷的大小,從而對航天器著水速度、姿態(tài)以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計等提出指標(biāo)要求,保證航天器能夠安全濺落在海面上。

著水沖擊問題的研究主要分為試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究。按照科學(xué)充分的試驗(yàn)方案開展海上濺落試驗(yàn)研究,可以獲得真實(shí)準(zhǔn)確的濺落沖擊數(shù)據(jù),獵戶座返回艙模型著水沖擊試驗(yàn)情況如圖8 所示[23]。然而,試驗(yàn)研究需要制造樣機(jī)或模型,而且實(shí)驗(yàn)中樣機(jī)或模型容易被摔壞,導(dǎo)致試驗(yàn)成本高、周期長。數(shù)值模擬彌補(bǔ)了試驗(yàn)研究的不足,仿真模型可以根據(jù)設(shè)計快速更改,可以對惡劣工況做出準(zhǔn)確預(yù)測,有效減少試驗(yàn)次數(shù)[24]。航天器著水沖擊是流固耦合研究領(lǐng)域里比較復(fù)雜的問題,采用的主要算法包括基于網(wǎng)格的任意拉格朗日歐拉(ALE)法和無網(wǎng)格的光滑粒子動力學(xué)(SPH)方法。其中SPH 方法由于不采用網(wǎng)格,沒有網(wǎng)格畸變問題,在處理著水沖擊這種非線性大變形問題上有較大優(yōu)勢[25]。文獻(xiàn)[26]采用SPH 方法對返回艙入水后姿態(tài)隨時間變化進(jìn)行了研究,證明了SPH 方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測飛船入水過程中水和飛船相互作用的各個參數(shù)。

圖8 獵戶座返回艙模型著水沖擊實(shí)驗(yàn)Fig.8 Splashdown impacting experiment of Orion capsule

2.4 航天器姿態(tài)調(diào)整

航天器姿態(tài)調(diào)整是為了使航天器濺落在海面上后能夠保持合適的姿態(tài),從而能夠保證通信通風(fēng)系統(tǒng)等正常工作、航天員能夠處在舒適的姿態(tài)以及后續(xù)搜救工作的順利開展等。

飛船返回艙入水后可能呈現(xiàn)兩種狀態(tài),頭部朝上或頭部朝下。如果頭部向下,通風(fēng)系統(tǒng)將不工作,通信功能因前艙天線在水下也部分消失,航天員在返回艙內(nèi)也將處在一個非常不舒服的姿勢。因此需要在返回艙頂部安裝扶正氣囊,通過氣囊的浮力將返回艙扶正,使返回艙在水中能夠保持頭部朝上的姿態(tài)[27]。如果扶正氣囊失效,沒有能夠?qū)⒎祷嘏摲稣?則需要潛水員將繩子與返回艙頭部的回收鉤連接,然后通過直升飛機(jī)將返回艙拉動扶正。阿波羅飛船返回艙的扶正氣囊和回收鉤如圖9所示。[9]

圖9 阿波羅飛船返回艙的扶正氣囊和回收鉤Fig.9 Uprighting balloons and recovery hook of Apollo spaceship

火箭助推器入水后若保持豎直狀態(tài)漂浮于水面,則不便于回收船進(jìn)行拖運(yùn),航天飛機(jī)助推器豎直漂浮于海面如圖10所示[28]。為了使助推器變?yōu)樗狡顟B(tài),潛水員需潛入水中將充氣設(shè)備放入助推器殼體內(nèi),然后向殼體內(nèi)充氣,殼體內(nèi)的海水被排出后,助推器變?yōu)樗狡　?/p>

圖10 航天飛機(jī)助推器豎直漂浮于海面Fig.10 Space shuttle booster floats vertically on the sea

2.5 海上標(biāo)位

海上標(biāo)位的主要作用是向回收區(qū)的搜索人員提供航天器著水后的位置和方位信息,讓搜救人員快速確定航天器位置,進(jìn)而能夠及時靠近航天器開展搜救工作。標(biāo)位裝置一般以無線電標(biāo)位為主,輔以其他標(biāo)位手段,在海上主要的輔助標(biāo)位裝置是海水染色劑或發(fā)煙罐等。無線電標(biāo)位主要用于遠(yuǎn)距離搜索定位,海水染色劑或發(fā)煙罐等主要用于近距離目視搜索定位。

美國在阿波羅系列載人飛船返回艙的定位跟蹤中,主要采用的測控通信網(wǎng)絡(luò)包括地面站,回收船和地面通信網(wǎng)絡(luò),測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺蝿?wù)控制中心并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,以此來實(shí)現(xiàn)對返回艙的定位[29]。美國和俄羅斯載人飛船返回艙定位中所利用的另一個方案是全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng),該系統(tǒng)利用衛(wèi)星對地球上求救信號進(jìn)行搜索救援。全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)的極軌衛(wèi)星接收用戶遇險示位標(biāo)發(fā)出的信標(biāo)信號,經(jīng)處理后將結(jié)果發(fā)送到衛(wèi)星當(dāng)前可見的本地用戶接收終端。處理結(jié)果在下行轉(zhuǎn)發(fā)的同時被存儲在衛(wèi)星上,并在衛(wèi)星運(yùn)行過程中不斷對地面廣播,從而使全球所有跟蹤此顆衛(wèi)星的本地用戶接收端都可以得到求救信息[29-30]。

輔助標(biāo)位主要為搜救人員提供視覺搜救指示標(biāo)志,從而使搜救人員能夠快速發(fā)現(xiàn)搜救目標(biāo),節(jié)約搜救時間。海水染色劑以及發(fā)煙罐等輔助標(biāo)位裝置都只能在一定時限和一定范圍內(nèi)才能提供較為明顯的標(biāo)位信息,對于海況復(fù)雜的環(huán)境,標(biāo)位信息的時效性更短甚至無法使用。因此,輔助標(biāo)位裝置一定要注意開啟時間,避免在搜救人員發(fā)現(xiàn)之前就失效。此外,海上回收區(qū)應(yīng)設(shè)置主備著陸海區(qū),選擇海況較好的海區(qū)著陸,不僅有利于輔助標(biāo)位裝置發(fā)揮作用,也降低了后續(xù)海上救援回收的開展難度。

2.6 海上救援回收

海上救援回收主要是搜救人員靠近濺落在海上的航天器,及時救助航天員并提供醫(yī)監(jiān)醫(yī)保醫(yī)療救護(hù),以及對航天器以及降落傘組件等進(jìn)行回收。海上搜救力量主要依靠海、空、天緊密結(jié)合的方式構(gòu)成綜合搜救體系。在海上配置救撈船,承擔(dān)近距離搜救和打撈任務(wù);在不同高度布置數(shù)架直升機(jī),形成局部詳查和全區(qū)普查相結(jié)合的空中搜救體系;使用衛(wèi)星系統(tǒng)對著陸海區(qū)以及著陸海區(qū)以外的區(qū)域?qū)嵤┐蠓秶珪r段監(jiān)控,及時獲取求救信息[4]。

海上救援回收工作主要由救援作業(yè)直升機(jī)投放潛水員和專用設(shè)備完成,同時還需要提供一定的備份救援作業(yè)直升機(jī)以及相應(yīng)的潛水員和專用設(shè)備。海上救援作業(yè)直升機(jī)對阿波羅飛船進(jìn)行救援回收如圖11所示[9]。除了救援作業(yè)直升機(jī)以外,必要時還需配備搜索指揮直升機(jī)、醫(yī)療救護(hù)直升機(jī)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保直升機(jī)以及支援直升機(jī)等。

圖11 救援作業(yè)直升機(jī)對阿波羅飛船進(jìn)行救援回收Fig.11 Helicopter rescues and recovers Apollo spacecraft

除了直升機(jī),打撈船是海上救援回收不可或缺的一部分,船上應(yīng)配備搜索定位設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及專用艙室、通信指揮設(shè)備等,這些設(shè)備和艙室的布局要合理,比如醫(yī)療艙室應(yīng)盡量靠近前甲板,這樣有利于減少航天員的搬動以及救治工作的快速開展[31]。海上救援回收任務(wù)很可能遭遇不可預(yù)測的高海況環(huán)境,在沒有外部力量的支援下,救援回收工作能否順利開展完全取決于救援船自身的技術(shù)設(shè)備,所以設(shè)備的安裝必須細(xì)致,必須固定到位,醫(yī)療物資必須充足[31]。另外,打撈船還需要適應(yīng)遠(yuǎn)航的需求,以應(yīng)對遠(yuǎn)距離的救援回收任務(wù)。

3 我國海上傘降回收基礎(chǔ)與發(fā)展展望

3.1 我國海上傘降回收基礎(chǔ)

我國目前雖然還沒有進(jìn)行過航天器的海上傘降回收,但是我國已經(jīng)具備了部分海上傘降回收的開展條件。我國已經(jīng)成功完成了載人飛船和返回式衛(wèi)星的陸地回收,對降落傘氣動減速技術(shù)已經(jīng)有了系統(tǒng)的研究,我國新一代載人飛船的成功回收也標(biāo)志我國掌握了群傘減速技術(shù)。此外,北京空間機(jī)電研究所、南京航空航天大學(xué)等單位對降落傘相關(guān)氣動和動力學(xué)的理論以及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入研究[32-37],可為我國海上傘降回收提供良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

中國船舶科學(xué)研究中心與北京空間飛行器總體設(shè)計部在1996年合作進(jìn)行了“返回艙漂浮和水上沖擊特性計算及縮比試驗(yàn)”的研究項目[38],該項目研究可為開展水沖擊實(shí)驗(yàn)研究提供參考。我國南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等高校在水沖擊問題上已經(jīng)有較為深入的理論研究[39-41],可為水沖擊問題的理論研究提供較好的支撐。

飛船返回艙的姿態(tài)調(diào)整主要通過扶正氣囊實(shí)現(xiàn),北京空間機(jī)電研究所在氣囊的研制上已經(jīng)有較為豐富的技術(shù)儲備,在新一代載人飛船試驗(yàn)船的回收中采用氣囊來進(jìn)行著陸緩沖,相關(guān)研究可為我國航天器姿態(tài)調(diào)整技術(shù)的研究提供很好的支撐[42]。

就海上標(biāo)位而言,我國在神舟飛船的陸地回收的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)可以為海上標(biāo)位提供重要參考,再加上我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)成功,極大的提升我國海上標(biāo)位技術(shù)能力。

我國曾對海上救援回收進(jìn)行過一定研究,針對海上醫(yī)療救助任務(wù)進(jìn)行過救援船的改裝,并派醫(yī)療隊執(zhí)行神舟飛船海上衛(wèi)勤保障任務(wù)[31]。但是,海上救援回收系統(tǒng)龐大,構(gòu)建海上救援回收系統(tǒng)耗資較大,需要進(jìn)行系統(tǒng)的論證研究。

3.2 我國海上傘降回收發(fā)展展望

隨著我國新一代載人飛船試驗(yàn)船回收成功,我國在航天器陸地回收領(lǐng)域又取得了巨大突破,基于群傘-緩沖氣囊的航天器回收方案使我國的航天器陸上回收能力得到極大提升。但是地球70%的面積被海洋覆蓋,發(fā)展海上回收,增強(qiáng)我國航天器回收的能力,以適應(yīng)未來我國日益頻繁的空間任務(wù)十分重要,基于陸地回收中掌握的降落傘氣動減速技術(shù)是我國實(shí)現(xiàn)海上回收的最佳選擇。但是發(fā)展海上傘降回收,我們?nèi)匀恍枰鉀Q一些關(guān)鍵問題。

(1)航天器海上空投試驗(yàn)以及高海況海上綜合試驗(yàn)。海上空投試驗(yàn)?zāi)軌蛉鏅z測回收系統(tǒng)的可靠性,目前我國還沒有開展過航天器的海上空投試驗(yàn),航天器在海上濺落的數(shù)據(jù)尚不明確。我國對神舟飛船進(jìn)行過海上綜合試驗(yàn),可以確定飛船具有漂浮能力,能夠?yàn)楹教靻T提供生保環(huán)境。但是海面環(huán)境變幻莫測,在高海況下飛船返回艙是否還能夠?yàn)楹教靻T提供生保環(huán)境,以及能夠提供多久的生保環(huán)境,這些問題都需要試驗(yàn)的驗(yàn)證。

(2)海上救援回收體系搭建。從我國目前的情況來看,海上救援回收是我國發(fā)展海上傘降回收最薄弱的環(huán)節(jié),主要是因?yàn)楹Ｉ暇仍厥阵w系構(gòu)成復(fù)雜,我國在海上救援回收的研究也較少。我國雖然有陸上回收的經(jīng)驗(yàn),但是海上回收需要配置船隊,開展海上搜救任務(wù)以及提供醫(yī)監(jiān)、醫(yī)保支持等。目前我們執(zhí)行載人航天任務(wù)的海上衛(wèi)勤保障的船只都是臨時征召的,在設(shè)計上還存在很多不合理的地方,因此需要針對空間任務(wù)特性重新設(shè)計組建海上船隊,相應(yīng)的資金投入也非常大。

(3)濺落海區(qū)的選擇。濺落海區(qū)對于海上傘降回收的順利完成至關(guān)重要,海面平靜無風(fēng)能夠保證降落傘不被吹離預(yù)定海域,也能使搜救人員更快發(fā)現(xiàn)被搜救的目標(biāo),還能方便救援回收工作的開展。因此,濺落海區(qū)要選在氣候穩(wěn)定,或者氣候變化規(guī)律的海域,不能選在自然災(zāi)害較多的海域。濺落海區(qū)可以盡量選在近海區(qū)域,這樣可以利用陸上固有的測控站點(diǎn),還可以縮短航天員運(yùn)送到陸地的時間。另外,還需要設(shè)置多個備份濺落海區(qū),防止主濺落海區(qū)因天氣惡劣等原因不滿足航天器返回的條件。

(4)大質(zhì)量航天器群傘減速技術(shù)。不難看出,降落傘氣動減速技術(shù)是開展航天器海上傘降回收面臨的最難也是最關(guān)鍵的技術(shù)問題。隨著我國航天技術(shù)的不斷發(fā)展,航天器的質(zhì)量越來越大,采用群傘減速技術(shù)是未來的發(fā)展趨勢。但是群傘存在開傘不同步、傘間干擾等問題,技術(shù)復(fù)雜程度相較于單傘高很多。我國在新一代載人飛船試驗(yàn)船的回收中采用了群傘減速技術(shù),驗(yàn)證了我國群傘技術(shù)的可靠性,但是面臨我國未來日益頻繁的空間任務(wù),還需要開展更多的試驗(yàn)研究和理論研究來鞏固和加強(qiáng)我國群傘技術(shù)的可靠性。

4 結(jié)束語

隨著我國航天技術(shù)的不斷發(fā)展,提出了對航天器海上回收技術(shù)的迫切需求。根據(jù)我國目前掌握的技術(shù),開展海上傘降回收是最佳的選擇。本文介紹了海上傘降回收的優(yōu)勢以及國外海上傘降回收的研究情況,根據(jù)海上傘降回收的方案,分析了海上傘降回收面臨的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)各個關(guān)鍵環(huán)節(jié),介紹了我國發(fā)展海上傘降回收的基礎(chǔ)和發(fā)展展望。從我國現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)和技術(shù)儲備來看,我國開展海上傘降回收已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ),但仍然需要進(jìn)一步系統(tǒng)的研究和論證,以搭建完整的海上傘降回收體系。