◎陳袁 雷江利 楊鳴 科技日?qǐng)?bào)記者 付毅飛

來源:中國(guó)航天科技集團(tuán)五院

新一代載人飛船是面向我國(guó)載人月球探測(cè)、空間站運(yùn)營(yíng)等任務(wù)需求而論證，瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平的新一代天地往返運(yùn)輸飛行器，具備高安全、高可靠、模塊化、多任務(wù)、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，可提高我國(guó)載人飛船的乘員人數(shù)和貨物運(yùn)輸能力。試驗(yàn)船采用返回艙與服務(wù)艙兩艙構(gòu)型，通過配置不同的服務(wù)艙模塊來適應(yīng)近地空間和月球探測(cè)任務(wù)。

記者從中國(guó)航天科技集團(tuán)五院了解到，該院為飛船配備的多種黑科技，成為確保它成功返航的秘訣。

“如果有機(jī)會(huì)從太空觀察試驗(yàn)船返回艙再入返回過程，會(huì)發(fā)現(xiàn)它是一個(gè)邊燃燒、邊以10倍于殲20飛機(jī)的速度突飛猛進(jìn)的‘火球’，迫不及待地投向地球的懷抱。”五院技術(shù)人員形容說。

要知道，試驗(yàn)船返回艙需要以接近第二宇宙速度再入大氣，氣動(dòng)力最高值超過70萬牛頓。再入過程中，試驗(yàn)船與空氣發(fā)生劇烈撞擊和摩擦，由此產(chǎn)生極為劇烈的氣動(dòng)加熱效應(yīng)，產(chǎn)生的溫度高達(dá)上千度。

對(duì)此，五院總體部為其設(shè)計(jì)了可拆卸式防熱與承載一體化結(jié)構(gòu)。這一副防熱鎧甲，作用至關(guān)重要。

據(jù)了解，這一新型防熱材料由五院529廠研制，它在具備防熱超能力的同時(shí)，重量比傳統(tǒng)材料降低了30%。這種同時(shí)具備輕量化、高強(qiáng)度、抗燒蝕等性能的防熱材料，突破了國(guó)內(nèi)三維纖維結(jié)構(gòu)增強(qiáng)抗燒蝕納米材料體系研發(fā)技術(shù)，開創(chuàng)了大型防熱結(jié)構(gòu)一體化制備技術(shù)的應(yīng)用先河，未來將有力支撐我國(guó)多個(gè)型號(hào)發(fā)展。

試驗(yàn)船返回艙的再入過程，就像讓一個(gè)已經(jīng)高速到達(dá)山頂?shù)幕┻\(yùn)動(dòng)員，沿著陡峭的山坡疾速俯沖，最后以合理的速度準(zhǔn)確到達(dá)山腳下的終點(diǎn)。

此次滑行可謂危機(jī)重重，如果運(yùn)動(dòng)員不具備很好的操控和預(yù)判能力，要么會(huì)偏離指定賽道，要么會(huì)偏離終點(diǎn)。這要求他必須準(zhǔn)確判斷自己的滑行狀態(tài)，推算出后續(xù)路線，同時(shí)能夠精準(zhǔn)控制下滑軌跡。

再入返回模擬圖

在試驗(yàn)船再入過程中擔(dān)此重任的，是制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制（GNC）系統(tǒng)。

五院502所GNC系統(tǒng)工程師們?yōu)樵囼?yàn)船設(shè)計(jì)了新型預(yù)測(cè)-校正軌跡控制策略，能夠根據(jù)當(dāng)前飛行狀態(tài)，準(zhǔn)確判斷與目的地的偏差，以及任務(wù)的特殊要求，根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)整升力方向并決定后續(xù)飛行軌跡，進(jìn)而精準(zhǔn)地控制試驗(yàn)船完成再入飛行。

如果研究試驗(yàn)船的軌跡，會(huì)發(fā)現(xiàn)是一條彎彎曲曲的“蛇形”，這就是GNC系統(tǒng)指引它走出的平安回家之路。

試驗(yàn)船返回艙比神舟飛船返回艙更大、更重，重新進(jìn)入大氣層后，需要更為強(qiáng)勁的減速動(dòng)力和平緩的載荷控制。

群傘減速模擬圖

如果沿用傳統(tǒng)的單傘減速方案，要研制更大的降落傘，這從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面都不是最合適的選擇。為此五院508所科技團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了3具與神舟飛船降落傘面積相當(dāng)?shù)慕德鋫悖M成群傘系統(tǒng)完成空中減速。這3具降落傘不是簡(jiǎn)單的組合，它們既能齊心協(xié)力、相互扶持，又能和睦相處、互不干擾。

借助群傘系統(tǒng)，不僅可以使超高速飛行的返回艙在極短時(shí)間里減到市區(qū)里汽車的行駛速度，還能確保將來航天員乘坐飛船返回時(shí)，過載和姿態(tài)旋轉(zhuǎn)感受良好。

返回艙落地時(shí)，當(dāng)然不能硬邦邦地砸下來。試驗(yàn)船底部安裝了6個(gè)氣囊，幫助艙體平穩(wěn)軟著陸。

為了適應(yīng)試驗(yàn)船的大重量，五院508所設(shè)計(jì)了大型緩沖氣囊，每個(gè)氣囊充滿氣后相當(dāng)于卡車輪胎大小。針對(duì)不同著陸情況，這6個(gè)“輪胎”會(huì)先后排氣，確保返回艙平穩(wěn)落地。

為了保證氣囊在發(fā)射時(shí)處于穩(wěn)定牢靠的折疊包裝狀態(tài)，在需要充氣展開工作時(shí)又能夠順暢迅速打開，設(shè)計(jì)師研究出一種鏈?zhǔn)椒獍墓潭ê徒獬夹g(shù)，并開展了大量地面充氣展開試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)、真空環(huán)境試驗(yàn)，成功解決了難題。

返回艙回到地面后，能否快速找到它，直接決定著整個(gè)任務(wù)的成敗。在試驗(yàn)船上采用了兩項(xiàng)黑科技，能確保返回艙準(zhǔn)確定位。

五院西安分院研制的GNSS天線網(wǎng)絡(luò)，是幫助返回艙與地面取得聯(lián)系的關(guān)鍵設(shè)備。返回艙的降落地點(diǎn)、搜救信號(hào)等都要通過該天線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，可以說，它是返回艙隨身攜帶的“救生電話”。

由于返回艙在重返地球過程中，經(jīng)歷的環(huán)境極其惡劣和復(fù)雜，實(shí)際落地位置可能超出預(yù)定搜索范圍，甚至落在海上。如果出現(xiàn)這種情況，五院510所研制的國(guó)際救援示位標(biāo)將發(fā)揮作用。該設(shè)備發(fā)射的無線電信標(biāo)信號(hào)，能夠被全球海事衛(wèi)星搜救系統(tǒng)識(shí)別，從而讓搜救人員快速找到返回艙。