“探月三期再入返回试验圆满成功”

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月三次再入试验顺利成功

中国成为第三个回收月环机的国家

北京时间11月1日6时42分，再入飞行试验返回器顺利着陆内蒙古四子王旗预定区域，标志着我国探月项目3期再入飞行试验顺利成功。 继前苏联和美国之后，中国成为成功回收月环机的第三个国家。 这是中国牵引神舟飞船返回舱10次，从300多公里的近地点空之间返回地球后，首次从月球迎来空的返回舱。 国防科技工业局长、月球探测项目总指挥许达哲表示，此次任务验证了接近第二宇宙速度再入的空气、热防护、制导导航与控制( gnc )关键技术，为月球探测三期工程奠定了坚实的基础。 俗话说“行百里者九十半载”。 在这次8天多、总航程80多万公里的任务中，返航的最后几千公里尤为险峻。 在这里，科技日报和你一起回顾返回的最后一段归途。

把“明星”送到“红地毯”

在这次任务中，飞行试验器由服务室和返回器两部分组成。 在大部分的旅行中，两者紧密合作，到距离地球约5000公里的地方，服务室与返程分离，将其“推入”返程走廊，完成了备受瞩目的最后一段旅行。 因此，如果把返还器比作明星的话，服务室就像轿车一样，不仅带了红毯，还负责在途中吃饭、通信，甚至“取暖凉快”。 航天科技集团五院飞行测试仪器系统副总设计师张伍介绍说，两者的组合在飞行中，由维修室向返回舱供电，负责返回舱的测量。 在此期间，服务器机房的高精度传感器为了保证反馈时的精度更高，对反馈传感器进行了标定。 五院飞行试验仪器服务室gnc副总设计师王晓磊表示，服务室通过感应导航和控制，实现了反馈仪的温度控制。 例如，在该负荷关闭的情况下，为了不使温度过低，维修室将其转到阳光下晒太阳； 如果有负荷，担心温度过高的话，转到阴凉处凉快。 5点53分，维修室的4个爆炸螺栓打开，与返回分离。 王晓磊说，这个动作非常重要，只有保证4个螺栓的爆炸时间同步、力度均匀，才能使回波准确地进入回波轨道。 否则，很可能会影响返回的姿态，或者两者发生冲突，导致任务失败。 分离后，返还器建立了独立的业务状态，接通了自己的电源，继续飞往故乡。 服务室的任务也没有完成。 王晓磊表示，分离约20分钟后，维修室将点火改变轨道，目标是离开地球大气层。 “这件事难度很大，如果没有‘逃跑’，就会在印度洋坠毁。 但是，如果成功了，就可以利用它进行工程上的验证。 ”他说。 据北京飞行控制中心介绍，舱分离10小时后，大椭圆轨道上运行的服务舱将进入长时间管理阶段，实施为期半年的展开试验管理任务，包括地面月l2点的飞行、绕月飞行等，以验证未来“嫦娥五号”任务相关的飞控技术

在太空上绘制新弧

载人宇宙飞船返回地球的轨道和从月球返回地球的轨道有很大的不同。 五院飞行试验仪器副总设计师彭琦说:“以前低轨道返回的路程是一千多公里，但在这次任务中，返回器要走数倍的长，从未走过的路。” “接近地球时，通过不断改变轨道也可以走以前的成熟路线，但代价是背负了好几吨重的燃料。 这显然不现实。 ”他说。 为了满足归途、速度等多方面的要求，五院502名科技人员画出了全新的弧线。 其中，制导导航与控制系统发挥了重要的作用。 五院飞行试验机返还器gnc副总设计师王勇介绍说，通过“导航”可以知道返还器的位置，“引导”可以找到回家的路，“控制”让我们走这条路。 在服务室与反馈器分离的瞬间，导航系统和高精度惯性测量单元准确测量了反馈器的准确位置，在广阔的宇宙中确定了弧的起点。 从那以后，回报进入了诱导走廊。 这是一条巨大的空之间的三维隧道，首尾相连的弧线无数，通过制导装置的精确计算，预测了折回器下一点的位置，隧道中每一点都与最准确的弧线相连。 最后，科技人员通过实时修改控制，使回报接近最理想的轨迹。

三站接力护送返回，正确穿越

如果把地球比作篮球的话，返还器回家的通道宽度比纸还薄。 五院飞行试验器轨道主管设计师汪中生表示，返回器的轨道设计对再入点的参数精度要求非常高，必须正确穿越才能安全返回地球。 为了尽可能提高复针器的轨道测量精度，北京飞控中心在任务中首次使用了三站联合继电器跟踪技术。 据该中心飞行控制总体主任设计师席尔瓦介绍，参与联合接力跟踪的圣地亚哥、马哈特马·帕拉马斯、纳米比亚3个测量站均位于国外，地理分布呈三角几何学。 为了使三角形结构为最稳定的形状，使用三角几何学分布的工作站并用继电器进行测量，可以确保高精度的轨道测量。 这项技术给飞控事业带来了很多难题。 席俄华说，科技人员从建立基础逻辑分解模型入手，进行了数百次方案论证和误差分解，最终为解决每一个难题、实现安全再入奠定了坚实的基础。 6点左右，北京飞控中心大屏幕出现了反馈器的仿真动态。 越过南大西洋、印度洋，沿着预定轨道向祖国飞来。 据该中心主机通信指挥部指挥长陈宏敏介绍，为了迎接回送机，主机通信系统沿回送廊布设地面主机链，通过它向回送机发送指令，获取数据，实时计算回送机轨道，预报着陆地点。 准确的轨道预报是制导站跟踪回传、进行回传落点预报的前提。 10多分钟后，返回器到达了距离地面约120公里的大气层边缘。

在大气层中制造干净的“水流”

与飞船以秒速约7.9公里的第一宇宙速度返回不同，这次任务返回器进入大气层的速度超过了秒速11公里，接近第二宇宙速度。 如果不能以这样的速度返回地球，比较有效地减速，返回器就会在大气层中燃烧殆尽。 为此，我国首次使用了半弹道式跳跃的返回方法。 “和我们小时候打水漂很像。 飞机必须在大气层表面打水漂。 ”月球探测项目第三期副总设计师郝希凡表示，凝汽器首次进入大气层后，被控制“跳跃”，经过滑行再次进入大气层，向落地飞行。 如果成功了，反馈器的速度会进一步降低，一旦降低到第一宇宙速度，后面的过程就会在小型汽车上习惯。

这个跳跃不容易

邓希凡表示，高层大气变化无限，受昏暗夜晚、太阳风、地磁等多种因素的影响，大气变化误差较大。 王勇认为，高空大气密度变化范围可达正负80%，低空大气密度变化范围也有20%—40%。 “大气密度高的话，会让河沟快速跳跃； 密度越低，跳得越低。 ”他说，返回舱进入大气层后，制导导航和控制系统必须实时识别、模拟、计算气动参数、大气密度等，并且必须在极短的时间内完成，给该系统带来了严峻的考验。 在持续了3分多钟的首次再入后，返程从距离地面60多公里的地方跳跃，跳到约110公里的高度，实现了如期再入，顺利渡过了返程最危险的“坎坎”。

打开热控制开关

即使利用跳跃方法，河套再次进入大气也会挑战热量控制。 河套的再入速度大、长，表面温度最高可达2000以上，一旦传导到内部，将严重影响其载荷； 在迄今为止的飞行阶段，在惯性测量单元工作时的发热量很大，而且必须释放。 散热和隔热已经成为科技工作者必须处理的矛盾。 消融是第一个必须克服的难关。 五院全体防热结构设计者们为飞行试验器巧妙地设计了“防热服”。 他们比较了月球轨道的回热环境、空之间的环境和重量要求，提出了不同部位耐烧蚀和隔热的具体诉求和指标，新研究了7种防热材料，完成了防热材料的配置和局部防热结构设计，从我国低轨道再入深空轨道结构的设计 并提出了三维传热烧蚀分解方法，首次在我国采用整体厚度、密度、区域、偏轴的设计方案，突破了轻量化设计的关键技术，利用一维烧蚀分解和三维温度场分解相结合的数值分解方法，进行了全面的局部烧蚀试验 为了在8天的旅行中战胜宇宙环境和再入环境的温差，科技人员首次克服了异构环路热管热控技术。 五院飞行试验仪热控系统主任设计师宁献文表示，该技术就像在热控上打开开关，需要散热时打开，需要隔热、保温时关闭，从而实现再入飞行器再入大气前的热耗散热、热传导调节和再入中的热阻隔等技术课题

回收成功率超过99.9%

在距离地面约11公里的地方，其速度降至每秒100米左右，进入了这次任务的最后回收着陆阶段。 这时，使用最后一种减速装备——降落伞。 五院回收分系统主任设计师荣伟表示，归还器落地时，速度应降至每秒10米左右，为此打伞时机颇有讲究。 太早的话，强力空气体阻力会导致降落伞的温度持续上升，烧毁的运转太慢，返回表可能无法降到规定的速度而撞到地面。 在这次任务中，五院508所设计师首次将高度作为打开伞的控制参数。 回收系统副主任师江长虹表示，无论返还器的飞行轨迹是否偏移，一旦达到11公里这个预先设计的高度，回收系统都会发出打开伞的指令。 因为返还器的重量只有300多公斤，科技人员相应地制造了轻量、小型化的回收系统。 他们通过优化降落伞的结构设计，使用先进的材料制造技术，实现了与伞衣紧密相连的伞绳在不改变受力度的情况下减重20%以上。 为了确保安全可靠，他们在打伞、脱伞等环节设计了实现“双保险”的预案，对降落伞开伞、飞出等重要动作的火工品进行了300多件地面试验，空下飞机。 在诸多管理下，确保回收成功率高于99.9%。 与宇宙飞船相比，返回器往返于地面和月球之间，穿越地球外侧空之间的高强度辐射带，其回收系统的降落伞受到的空之间的辐射达到宇宙飞船降落伞的50倍。 另外，飞机再入引起的与大气摩擦引起的高热，也会给降落伞带来风险。 为此，科研人员进行了大量空间辐射对材料性能影响的试验研究，采取了耐热、隔热等多种设计措施，保证了回收系统的材料都经得起极强空间辐射和高温的考验。 除了打开降落伞，返回时还会启动无线电信标进行搜索。 带有国际救援组织通用频率和民间频率两种信标。 6时42分，在着陆场的光学雷达和红外雷达的注视下，返回舱翩翩降临，稳定落地。

左上图11月1日，再入飞行试验的返回舱顺利降落在内蒙古四子王旗预定区域。 图为工作人员正在现场检查返还器。 总公司记者张领拍

:张馨月