长征七号返回舱安全“回家”
揭秘长征七号首飞成功背后的故事
据新华社6月26日电 6月26日15时41分,由长征七号运载火箭搭载升空的多用途飞船缩比返回舱,在东风着陆场西南戈壁区安全着陆。
多用途飞船缩比返回舱高约2.3米,最大外径2.6米,总质量约2600千克,于6月25日和远征1A上面级一起从海南文昌航天发射场,由长征七号运载火箭发射升空,在轨飞行时间约20小时,主要用于获取返回舱飞行气动力和气动热数据,验证可拆卸防热结构设计、新型轻量化金属材料制造等关键技术,并开展黑障通信技术试验。
15时41分,多用途飞船缩比返回舱利用伞降系统成功着陆,外观良好,状态正常。
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。
“小黄帽”护驾有功
为了让多用途飞船返回舱安全着陆,航天科研人员们这次为返回舱戴上了一顶全新打造的“小黄帽”。别小看这顶“小黄帽”,它不但跑得比声音还快,而且还可以矫正多用途飞船返回舱的飞行姿态,是安全返回路上的重要一环。
“小黄帽”全称为“超音速稳定伞”,是中国航天科技集团第五研究院508所为我国飞船主降落伞系统配备的首顶超音速伞。与神舟飞船返回舱主伞惯用的红白相间图案不同,超音速稳定伞是通体的黄色。
中国航天科技集团第五研究院508所的科研人员介绍,多用途飞船返回舱像一个头部窄巧、底部敦实的“不倒翁”。在再入飞行过程中,返回舱将采取大底朝前、小头朝后的“仰卧”姿态,安装在头顶的主降落伞系统会顺势迎风开伞。但返回实验舱的气动外形是未经在轨飞行试验验证的全新设计,在再入飞行中有可能会出现小头朝前、大头朝后的“俯冲”姿态。一旦返回舱逆风而行,主降落伞系统将无法顺利工作。
正是考虑到这一点,科研人员在主伞舱旁边安装了“小黄帽”。如返回舱出现“掉头”现象,“小黄帽”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。
据介绍,目前在我国航天系统里,“小黄帽”和它的朋友们已达数十种不同类型,包括平面圆伞、十字形伞、导向面伞等各类伞形,并成功应用于探空火箭回收、返回式卫星回收、载人飞船回收等领域。其中最大的降落伞主伞伞衣摊开后相当于3个篮球场大小,伞绳拼接为一根后将长达4.4公里;最小的伞面积不超过0.1平方米,包装后体积不超过一本新华字典大小。
回收任务分三步走
“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。”着陆场区指挥部副指挥长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。
专家揭秘坎坷回家路
北京航天飞行控制中心轨道专家刘成军在接受新华社记者采访时向记者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。”
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。”
长征七号这样诞生
其实,长征七号最初并不叫这个名。在2006年前后,为适应航天战略需求,我国有关部门决定,在长征二号F火箭的基础上进行升级改进。“长征二号F/H”,是最初立项的名称。2011年1月,新型火箭名称最终确定——长征七号。
2008年11月,组建型号研制队伍,组织方案论证;2009年1月,成立型号办公室;2010年5月,通过火箭研制方案阶段评审;2011年1月,长征七号火箭研制正式立项。
历经方案、初样、试样研制,长征七号首飞时间定在了2016年6月。
在正式立项后6个月,也就是2011年7月,长征七号即转入初样研制阶段。在这个阶段,所有的关键技术都要取得突破,所有器件都要经过地面试验考核。在这个过程中,研发人员做了1600多项研制实验,大型地面实验达360多项,几乎把所有技术难题逐一攻克。
2015年5月,试样研制开始,也就是说,各器件的生产和首枚火箭的总体装配正式开始。与以往不同,这次的设计和装配没有一张图纸,火箭40多个部段,需要从零开始,建立起40多个三维模型。长征七号还有很多“特殊要求”,尤其是为了适应海南文昌发射航天发射场“高温、高湿、高盐雾”和“强台风、强降雨、强雷暴”的特殊气候环境,它一直在加强“自我修养”。
2016年5月8日,历经航天人8年磨砺的长征七号火箭从天津港出发,首次以海运的方式运往海南文昌发射场;5月23日,长征七号火箭完成垂直总装;6月22日,长征七号火箭垂直转运至发射塔架;6月25日20时00分,长征七号运载火箭首飞成功。 (据新华社)