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重大难题攻破!我国首次实现运载火箭整流罩带伞降落

责任编辑:林铃锦 来源:观察者网      2021-07-21 20:41:56

微信公众号“中国运载火箭技术研究院”7月21日消息,7月19日,长二丙遥四十九火箭在西昌卫星发射中心点火起飞,成功将遥感三十号10组3颗卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

与此前任务不同的是,本发任务还搭载了“基于降落伞的整流罩落区控制技术”,攻破了整流罩再入大气层过程结构解体难题,首次实现我国运载火箭整流罩带伞降落,为后续达成整流罩落区精确控制奠定了坚实基础。

我国四个火箭发射场中有三个都在内陆地区,运载火箭残骸不可避免会落到陆地上。随着我国经济不断发展,火箭残骸落区已经从人口稀少地区发展为人口和生产生活设施较为密集的地区,增大了每次火箭发射时的残骸落区人员疏散压力和残骸对地面设施的破坏风险。加之近年来我国航天发射呈现出的高密度态势,火箭残骸落区安全性和疏散保障问题亟待解决,迫切需要研究运载火箭残骸落区精确控制技术。

国内外运载火箭残骸落区控制手段主要有栅格舵控制和降落伞控制两种,前者主要用于火箭一子级再入返回落点控制,后者可用于助推器、一子级、整流罩的落点控制。国外在火箭残骸落区控制或回收利用方面的典型代表是美国太空探索公司(SpaceX),该公司的火箭整流罩采用降落伞方式返回,网捕或海上打捞后翻修复用。

“基于降落伞的整流罩落区控制技术”是什么

该项技术是在整流罩内加装伞控电气系统和降落伞系统,实时监测再入飞行状态,待整流罩下落到一定高度并满足开伞姿态条件时,打开减速伞进行第一级减速,再下降一定高度后,抛开减速伞打开翼伞,进行第二级减速的同时开展整流罩归航控制,定点着陆在安全区域。

终极目标是将整流罩原有落区面积缩小80%以上,大幅提升落区安全性,极大地缓解落区疏散压力。

火箭院长二丙火箭总体副主任设计师邢建伟介绍:自2018年起,研制团队依托长二丙火箭发射任务,已经开展了多次飞行搭载试验,获取了整流罩再入过程动态特征、弹道参数、姿态特性、力热环境等数据信息,为方案的不断优化积累经验,但是其中有一项难题,成为整个项目推进的“拦路虎”,即整流罩再入大气层过程结构解体难题。

重大难题:如何避免整流罩再入大气层过程中结构解体?

难点在于:高动态分析难、流固耦合机理难、结构改造难。

解决方法则是,与高校、研究中心联合开展流固耦合作用机理研究;对可能的破坏位置,实施全覆盖“定制版”结构加强;创新性提出高空开伞方案,与508所强强联合,在整流罩解体之前打开减速伞,依靠减速伞的减速和稳定作用,避免结构破坏。

在长二丙遥四十九火箭飞行搭载试验中,研制团队采用了全新的整流罩结构加强方案、创新的高空开伞方案和改进的“归燕三号”电气系统,攻破了该项难题,首次实现我国运载火箭整流罩带伞降落。

作为航天大国,中国的火箭设计师们一直在努力减小火箭发射对落区人民生产、生活的影响。目前,火箭院已经在基于栅格舵的一子级落区控制技术和基于降落伞的助推器落区控制技术上取得了卓越成就,结合整流罩落区控制技术,形成了对于运载火箭分离体落区控制的一整套解决方案。

预计明年,长二丙火箭研制团队还将根据发射任务,继续搭载验证整流罩落区控制技术,开展配置减速伞和翼伞的全系统飞行试验,真正实现整流罩落点精确控制,从根本上解决“落区之殇”。

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