環(huán)環(huán)相扣護(hù)歸途——揭秘神舟十二號(hào)載人飛船回家路
回收著陸是載人飛船飛行任務(wù)的最后階段,也決定著飛行任務(wù)的最終成敗。為了護(hù)佑航天員安全回家,航天科技集團(tuán)五院(以下簡(jiǎn)稱五院)為神舟十二號(hào)飛船研制了高可靠性和安全性的回收著陸系統(tǒng),確保飛船返回艙走穩(wěn)歸航的最后一段路?;厥罩懴到y(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成,包括結(jié)構(gòu)、降落傘、著陸緩沖、程序控制、火工品、標(biāo)位等多種類型產(chǎn)品,集成了光、機(jī)、電、熱、高能粒子、柔性特紡材料等多類先進(jìn)技術(shù)。整個(gè)回收工作過(guò)程包括了10余項(xiàng)過(guò)程控制,各程序動(dòng)作連貫,環(huán)環(huán)相扣,就像一場(chǎng)高水平的特技表演,每個(gè)環(huán)節(jié)都不能出錯(cuò)。
精測(cè)高度:開啟回家“大幕”
神舟十二號(hào)飛船在軌飛行過(guò)程中,回收著陸系統(tǒng)只是在返回艙內(nèi)靜靜守候,直到飛船返回艙穿過(guò)大氣層后自由下落至距地10公里高度時(shí),由靜壓高度控制器判斷高度,并發(fā)出回收系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào),回收著陸系統(tǒng)才開始工作。
靜壓高度控制器只是程序控制子系統(tǒng)的設(shè)備之一,整個(gè)程序控制的“幕后成員”還包括回收配電器、火工控制器、程序控制器、行程開關(guān)等,它們分工明確,各司其職,就像人類大腦的不同區(qū)域,通過(guò)發(fā)出程序控制指令信號(hào),控制著“臺(tái)前”各執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成規(guī)定的彈傘艙蓋拉引導(dǎo)傘、拉減速傘、減速傘分離拉主傘、主傘解除收口、拋防熱大底、轉(zhuǎn)垂掛等一系列不可逆的動(dòng)作。
逐級(jí)開傘:完成從高鐵速度到跑步速度的“急剎車”
1200平方米的降落傘在飛船返回艙降落時(shí)不能一下子全部打開,否則傘會(huì)被空氣崩破。五院設(shè)計(jì)師們?yōu)轱w船量身定制了一套三級(jí)開傘程序,先打開兩個(gè)串聯(lián)的引導(dǎo)傘,再由引導(dǎo)傘拉出一頂減速傘。減速傘工作一段時(shí)間后與返回艙分離,同時(shí)拉出1200平方米的主傘。這一系列動(dòng)作成功將飛船返回艙從高鐵的速度降到普通人跑步的速度。
為防止減速傘和主傘張開瞬間承受的力太大,減速傘和主傘均采用了收口技術(shù),也就是說(shuō),放慢傘繩從收攏到散開的過(guò)程,讓1200平米的大傘分階段張開,保證整個(gè)開傘過(guò)程的過(guò)載處于航天員體感可承受的范圍。航天員也正因?yàn)楦惺艿竭@一連貫動(dòng)作的晃動(dòng),才能確認(rèn)回收系統(tǒng)工作正常。
火箭反推:實(shí)現(xiàn)返回艙軟著陸
防熱大底是飛船進(jìn)入大氣層后的“鎧甲”,等主傘完全打開后一會(huì),飛船返回艙就會(huì)拋掉這身“鎧甲”,伽瑪高度控制裝置開始工作,通過(guò)發(fā)射γ射線,實(shí)時(shí)測(cè)量距地高度。當(dāng)飛船返回艙降至距離地面1米高度時(shí),返回艙底部的γ表發(fā)出信號(hào),“指揮”飛船返回艙上的4臺(tái)反推發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火,給返回艙一個(gè)向上抬的力,使返回艙的落地速度進(jìn)一步減小,航天員便可安全地著陸。
故障預(yù)案:充分把握救生機(jī)會(huì)
由于飛船返回艙在返回過(guò)程中處于高速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài),一旦中途出現(xiàn)故障,外界無(wú)法采取營(yíng)救措施,也不可能將程序暫?;蚧謴?fù)到原位重新開始。因此,回收著陸系統(tǒng)的工作過(guò)程只能是由一系列不可逆按時(shí)序執(zhí)行的動(dòng)作組成。
為保證航天員的生命安全,提高回收著陸系統(tǒng)工作的可靠性和安全性,五院設(shè)計(jì)師們想到了一切可能發(fā)生的緊急情況,為回收著陸系統(tǒng)設(shè)置了9種故障模式,涉及正常返回、中空救生、低空救生3種基本返回工作程序,采取了備份降落傘裝置、時(shí)間控制器、三組高度開關(guān)等多種備份措施,以全面保證返回艙在火箭發(fā)射段、上升段、正常返回和應(yīng)急返回段的安全返回與著陸。
落點(diǎn)標(biāo)位:助力搜救快速定位
神舟飛船返回艙安全著陸后,為保證地面搜救系統(tǒng)及時(shí)搜索到返回地面的返回艙,除布設(shè)一定數(shù)量的雷達(dá),跟蹤測(cè)量返回艙軌道并預(yù)報(bào)落點(diǎn)位置外,五院設(shè)計(jì)人員還為返回艙上安裝了自主標(biāo)位設(shè)備,告訴搜救人員“我在這里”。
標(biāo)位設(shè)備以發(fā)送目標(biāo)救援組織規(guī)定頻率和格式的無(wú)線電設(shè)備為主,猶如大海中明亮的燈塔指引著方向。返回艙落地后,國(guó)際救援示位標(biāo)會(huì)發(fā)射無(wú)線電信標(biāo)信號(hào),這種信標(biāo)信號(hào)符合國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn),能夠被岸站遍布世界各地的全球海事衛(wèi)星搜救系統(tǒng)所識(shí)別,從而確保搜救人員能夠快速找到返回艙。為方便夜間尋找返回艙,飛船返回艙的“肩部”位置還裝有閃光燈,直升機(jī)據(jù)此能在夜間發(fā)現(xiàn)返回艙。一旦發(fā)生意外,返回艙落在茫茫大海里,返回艙底部裝的海水染色劑會(huì)緩慢釋放,將附近水面染成亮綠色,持續(xù)時(shí)間可達(dá)4小時(shí),為飛機(jī)和救撈船提供引導(dǎo)。
有了這套設(shè)計(jì)先進(jìn)、功能全面、可靠安全的回收著陸系統(tǒng),神舟十二號(hào)載人飛船,不負(fù)重望,安全歸航。面向未來(lái),五院將繼續(xù)發(fā)展航天器回收著陸技術(shù),用最高的工作標(biāo)準(zhǔn)和最嚴(yán)格的指標(biāo)要求,全方位滿足后續(xù)飛行任務(wù)需求,助力中國(guó)載人航天再創(chuàng)輝煌。