長(zhǎng)七返回艙透露三大技術(shù)亮點(diǎn)

本報(bào)特約記者　張亦馳　本報(bào)記者　劉揚(yáng)

長(zhǎng)七搭載的返回艙26日在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸。

中國新一代中型運(yùn)載火箭長(zhǎng)征七號(hào)（簡(jiǎn)稱長(zhǎng)七）25日晚在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功首飛，26日下午4時(shí)左右長(zhǎng)七搭載的多用途飛船縮比返回艙在巴丹吉林沙漠腹地成功著陸。如果說長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭的發(fā)射成功揭開了中國新一代運(yùn)載火箭發(fā)射的序幕，那么它所搭載的縮比返回艙的成功回收則向外界展示了中國未來一代載人飛船的雛形?！董h(huán)球時(shí)報(bào)》記者26日采訪多位專家，對(duì)此次返回艙的幾大技術(shù)亮點(diǎn)進(jìn)行了解讀。

新外形返回艙首次亮相

據(jù)介紹，新一代多用途載人飛船縮比返回艙高2.6米，重2.8噸，采用圓錐側(cè)壁加球冠大底的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，其結(jié)構(gòu)主體分為頂部、側(cè)壁、大底三部分。頂部有傘艙、彈射器、導(dǎo)航天線、黑障天線等設(shè)備。頂部還是返回艙的主要承力部位，在返回段開傘過程中將承受很大的沖擊載荷。側(cè)壁包括防熱層、蜂窩板和壁板，其中防熱層有4塊，并與蜂窩板連接在一起，再用螺接的方式與壁板相連接。側(cè)壁上主要安裝有姿態(tài)控制、氣動(dòng)測(cè)量功能的設(shè)備。大底是緩沖著陸沖擊載荷的部位，大底由金屬大底和防熱大底兩部分組成，其中金屬大底上主要安裝有信息管理、能源管理、回收、氣動(dòng)測(cè)量等功能的設(shè)備；防熱大底上還布設(shè)了氣動(dòng)測(cè)量功能設(shè)備。

一名不愿透露姓名的中國專家26日對(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，該返回艙至少有三大特點(diǎn)。首先，縮比返回艙采用新外形，這是一個(gè)縮小比例的倒錐形返回艙，而不是“神舟”飛船以往的鐘形返回艙，和美國的“獵戶座”和載人型“龍”飛船比較相似。此次搭載返回艙的主要目的是驗(yàn)證返回艙的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)，為新一代飛船研制積累實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這個(gè)外形將可以承載更多航天員進(jìn)行深空探測(cè)，所以要獲得氣動(dòng)方面的重要數(shù)據(jù)。其次，新的返回艙采用了可重復(fù)使用技術(shù)，返回艙的金屬結(jié)構(gòu)和防熱結(jié)構(gòu)是分開的，這就可以驗(yàn)證其金屬結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷了重返大氣層的“烤”驗(yàn)后是否可以繼續(xù)使用。之前，雖然有些試驗(yàn)也在地面上進(jìn)行了模擬測(cè)試，但通過這次的實(shí)際返回將取得一系列寶貴數(shù)據(jù)。還有就是，該飛船返回艙還采用了一些新的技術(shù)，包括黑障通信能力、超音速降落傘等。

彈道式返回為降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)？

據(jù)報(bào)道，返回艙在“神舟”飛船返回艙的備用著陸場(chǎng)——東風(fēng)著陸場(chǎng)著陸，以往都是在內(nèi)蒙古四子王旗著陸。報(bào)道稱，在飛船返回階段，首次采用彈道式返回——在長(zhǎng)征七號(hào)上面級(jí)和返回艙組合體分離后，指揮中心不對(duì)返回艙進(jìn)行控制，返回艙依靠分離時(shí)的速度和姿態(tài)返回著陸。在返回過程中，由于它會(huì)受到風(fēng)速等氣象因素影響改變軌跡，所以增加了著陸點(diǎn)的不確定性，使著陸范圍擴(kuò)大。此次設(shè)定的返回艙著陸區(qū)范圍為2萬多平方公里。著陸場(chǎng)系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師卞韓城表示，“雖然增加了測(cè)控回收難度，但卻能獲得更為真實(shí)、珍貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)”。不過，在環(huán)境復(fù)雜的廣闊區(qū)域著陸，對(duì)于空中和地面搜索隊(duì)伍是一次考驗(yàn)。根據(jù)央視傳回的返回艙回收現(xiàn)場(chǎng)圖像，整個(gè)過程非常順暢。

專家介紹，彈道式再入飛行器的升阻比為零或者接近零，在空氣中只產(chǎn)生阻力而不產(chǎn)生升力，或者只產(chǎn)生有限的升力，但這個(gè)升力沒法控制。這種飛行器在大氣里“飛行”的時(shí)間很短，不超過400秒，氣動(dòng)加熱量相對(duì)較小，再入過程無法控制。而且過載較大，最大制動(dòng)過載仍然有8-10G，其技術(shù)難度較小，但對(duì)航天員的身體影響較大，目前載人飛船基本不采用彈道式再入方式。目前載人飛船返回艙較多采用的是半彈道式載入飛行器。該類飛行器具有有限、可控制的升力。

專家認(rèn)為，返回艙采用了全新的氣動(dòng)外形，這個(gè)外形完全可以采用半彈道式再入方式，之所以采用彈道式再入方式是為了免去較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，降低成本、減少風(fēng)險(xiǎn)。另外通過這次試驗(yàn)獲取參數(shù)，也可以更好地為正樣研制特別是控制系統(tǒng)研制積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

中國未來飛船更大、更舒服

專家認(rèn)為，這次縮比返回艙的相關(guān)試驗(yàn)釋放了中國新一代多用途載人飛船的研制已經(jīng)開啟的信號(hào)。返回艙采用新的外形，要通過試驗(yàn)獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)才能驗(yàn)證這種外形是否能夠正常工作、返回，是否可以重復(fù)使用。

專家表示，從這次返回的縮比返回艙便能一窺中國下一代飛船的大致形態(tài)。目前，美俄正在研制的新型載人飛船也大都采用這種外形，實(shí)踐證明這是比較合理的一種模式，不僅可以用在深空探測(cè)方面，同時(shí)還可以用在近地軌道，現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)允許將這種外形的返回艙造得更大，讓航天員乘坐得更舒服。目前的返回艙太狹窄，航天員不太舒服。新一代飛船主要用于深空載人探測(cè)，未來的飛船如何命名還不知道。但從目前看到的外形來看，未來中國的載人飛船肯定會(huì)拋棄“聯(lián)盟”構(gòu)型，與當(dāng)前最先進(jìn)的飛船看齊?！嚓P(guān)鏈接

中國首個(gè)超音速降落傘有多牛

據(jù)報(bào)道，為保證長(zhǎng)征七號(hào)火箭搭載的多用途飛船縮比返回艙成功著陸，科研人員除了為飛船研制主降落傘系統(tǒng)外，還配備了中國返回式航天器使用的首頂超音速傘。

不同于神舟飛船返回艙主傘慣用的紅白相間圖案，超音速穩(wěn)定傘是通體黃色，身形看起來像一頂“小黃帽”。這頂比聲音跑得還快的“小黃帽”可以矯正返回艙的飛行姿態(tài)，是安全返航路上的重要一環(huán)。

據(jù)介紹，返回艙看起來像一個(gè)頭部窄、底部敦實(shí)的“不倒翁”，在再入飛行過程中它將采取大底朝前、小頭朝后的“仰臥”姿態(tài)，安裝在頭頂?shù)闹鹘德鋫阆到y(tǒng)會(huì)順勢(shì)迎風(fēng)開傘。但返回試驗(yàn)艙的氣動(dòng)外形是未經(jīng)在軌飛行試驗(yàn)驗(yàn)證的全新設(shè)計(jì)，科研人員考慮到返回艙在再入飛行中有可能會(huì)出現(xiàn)小頭朝前、大頭朝后的俯沖姿態(tài)，所以在主傘艙旁邊安裝了一頂超音速穩(wěn)定傘，一旦出現(xiàn)“掉頭”現(xiàn)象，超音速穩(wěn)定傘可憑借風(fēng)力矯正返回艙的飛行姿態(tài)，從而保障主降落傘的正常工作。

據(jù)超音速降落傘的研制單位中國空間技術(shù)研究院網(wǎng)站報(bào)道，從返回式衛(wèi)星到“神舟”飛船、“嫦娥五號(hào)”試驗(yàn)飛行器使用的航天器降落傘一般都是在亞音速條件下打開，而這次的超音速降落傘則是首個(gè)從大氣層外返回地球，并在超過1倍音速的超音速條件下開傘飛行的降落傘，它要應(yīng)對(duì)更加惡劣的環(huán)境，例如劇烈顫震、反復(fù)充氣，以及空氣摩擦產(chǎn)生的高溫。為了確保超音速穩(wěn)定傘應(yīng)對(duì)重重考驗(yàn)，研制單位在傘形選擇優(yōu)化、材料特性研究、主要承力件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面開展了大量仿真計(jì)算，并經(jīng)過風(fēng)洞試驗(yàn)、高塔投放試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)等試驗(yàn)驗(yàn)證。

此前就有報(bào)道稱，中國成功進(jìn)行了超音速降落傘風(fēng)洞試驗(yàn)，為我國未來火星探測(cè)等深空探測(cè)任務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

超音速降落傘技術(shù)難度很大，美國航空航天局已經(jīng)啟動(dòng)低密度超音速減速器項(xiàng)目，計(jì)劃進(jìn)行4次實(shí)際超音速飛行試驗(yàn)。2014年6月和2015年6月的兩次超音速試驗(yàn)都以失敗告終。2014年的試驗(yàn)中降落傘一打開立刻被撕碎，而2015年的試驗(yàn)結(jié)果稍好一些，但也不過是接近完全打開時(shí)被撕碎。

不過，這種尺寸巨大的超音速降落傘在實(shí)際超音速飛行試驗(yàn)中獲取了寶貴的測(cè)試數(shù)據(jù)。這項(xiàng)技術(shù)試驗(yàn)成功之后，將大大提高美國的火星著陸探測(cè)能力?！◤埾椋?/p>