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设计师:返回轨道再入角相当于一张薄纸

归档日期:06-26       文本归类:返回轨道      文章编辑:爱尚语录

  据新华社电 “嫦娥五号”再入返回飞行试验返回器顺利返回地球,系中国航天器第一次从月球轨道返地。

  返回器的回家有哪些关注点?参与设计的中国航天科技集团公司五院的科研人员详述六大看点。

  嫦娥一号、二号、三号都不返回地球。所以返回器从月球返回地球的每一步,都是中国探月史上的新脚印。

  返回器返回大气层受到气动作用,会产生各种各样的力和力矩。我们希望返回器自身的气动特性能保证它的稳定性。气动专家做了很复杂的计算,进行了大量的风洞试验。最后根据这些实验数据,选择了“钟鼎”作为返回器的外形设计。

  GNC是英文“导航制导与控制”的首字母。返回器GNC的任务是把返回器准确带回着陆场。导航是准确知道位置,制导是根据当前飞行情况找到一条路径,控制就是让飞行器怎么走到这条路径上来。

  返回器回家经历了几个关键节点。距地5000公里,服务舱和返回器分离,返回器独立返回地球;距地120公里,返回器第一次进入大气层,“跳跃”飞行一段后第二次进入大气层。距地10公里处,打开降落伞。从120公里第一次进入大气层到着陆,航程非常长,确保落在中国境内本身就是挑战。

  整个控制过程中最大的困难就是大气环境的不确定性。高空大气密度变化范围有±80%。低空大气密度变化范围是20%至40%。进入大气层后GNC系统要实时对气动参数、大气密度进行辨识、仿真、计算。这些必须在极短的时间内完成,GNC经受了极大考验。

  返回器由“大块头”的服务舱和“小个子”的返回舱组成。在8天的“地月之旅”中,绝大部分时间服务舱像个“超级的哥”载着返回舱前进。只有最后40多分钟,返回器在“万众瞩目中”再入返回地球,如同一个“走红地毯的明星”。

  “超级的哥”一路上不仅要“开车”,还负责给返回器摆好座椅—供电,供暖,数据传输和通讯保障等。这些通过服务舱的结构、机构、热控、数管、GNC等10个分系统来完成。

  舱器分离就是剪断“脐带”—连接舱器的一捆电线。四个爆炸螺栓炸开,服务舱用力把返回器推到再入返回走廊,而自己要避让。

  热控的功能就是让返回器别太冷也别太热,要保持一个合适的温度。冷了就晒晒太阳,热了就挡住太阳。为此,研制了首个国产宇航级环路热管。目前世界上有同类核心技术的只有美国、俄罗斯和法国。

  返回器的热控防热为何特别难?神舟飞船从地球轨道返回,只需约20分钟。返回器月球返回,接近第二宇宙速度,二次入大气层,时间长、热流密度大。相当于用炉子持续猛烧。我们在返回器外部包覆一层特殊材料,可以把摩擦产生的热量隔绝掉,不让它灌向舱内。

  由于运载能力和航程所限,返回器轨道设计受到很强约束。再入点参数精度要求非常高。如果把地球比作一个篮球,再入角就相当于一张薄纸。返回器必须穿过薄纸这样的缝隙,才能安全返回地球。我们在大量的设计论证后才找到符合条件的轨道。现在看,这个轨道设计是成功的。

  这个“超级的哥”,还有一项功能就是用五台相机对返回器地月之旅进行拍照。相机采用新材料实现轻小型化。最重的4.1公斤,最轻的只有200克。有技术试验相机,也有鱼眼镜头相机。前两天公布了在月球近旁拍摄的地球、月球和地月合影。很多网友点赞,说照片很梦幻。相机可拍视频,为便于传输,一段连续视频不超过30秒。

  按计划,舱器分离后,服务器会上演对返回舱“最后的凝望”—对返回器再入返回过程进行拍照。期待能早点看到这些珍贵的照片。

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