飞船降落伞,太空归来的安全保障
发布日期: 2020-06-04
信息来源: 中国载人航天工程网
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5月8日,我国新一代载人飞船试验船(以下简称新飞船试验船)返回舱成功着陆在酒泉东风着陆场,一时间喜讯刷爆了朋友圈。而这次返回中最抢眼的,当属在空中一齐绽放的三顶红白相间的降落伞了。与以往神舟飞船返回时不同,此次试验船返回的降落伞采用了群伞模式,这是为何?
新飞船试验船返回舱安全返回
原来,试验船返回舱比以往的神舟飞船返回舱重了一倍以上,降落伞需要有更大的减速面积才能确保返回舱安全着陆。但是在一个降落伞的基础上再增加其面积,从制造场地、设备周期、验证技术等方面难度都非常大,并且可靠性也会降低。
“胖”了一倍的新飞船试验船返回舱
经过评估,科研人员选择采用群伞解决这个难题,通过开展大量试验和仿真工作,最终使返回舱在进入大气层,到达指定高度后,依次打开减速伞和主伞,成功将返回舱的速度从“飞机飞行速度”降为“汽车市区行驶速度”。
每一艘飞船都要有安全返回的“保护伞”
如果返回舱没有安装降落伞,后果将不堪设想。1986年美国挑战者号航天飞机在空中发生爆炸,当时乘员舱并没有受到太大的损坏,航天员也有可能生还,但由于乘员舱没有安装降落伞,在下降过程中高速撞击海平面解体,造成航天员全部遇难。
在事故中遇难的7名航天员
那么,返回舱安全返回地面有没有其他方法呢?美国SpaceX公司研制的飞船曾试图全程利用火箭反推着陆,但综合考虑费效比和安全性,最后还是改为降落伞缓冲着陆。
飞船的每一次返回都需要降落伞来保障安全。返回舱再入大气层,闯过热障难关,下降到距离地面10公里高度时,虽然速度已经在大气阻力作用下大大降低,但仍达到200米/秒左右,这就需要降落伞来完成最后减速。飞船降落伞不仅可以降低返回舱的下降速度,还能保证它的下降姿态稳定。降落伞在中低空打开后,将返回舱从比高铁还快的速度减至到普通人跑步的速度,让航天员安全着陆回家。
神舟飞船返回舱安全返回
如果一个人从飞机上跳伞,只需一顶完好的降落伞就够了,而对于3吨重的神舟飞船返回舱,要从一百多公里的高空“跳伞”,就需要一套降落伞系统为飞船和航天员的返回保驾护航。我国神舟十一号飞船返回舱再入大气层时,使用的降落伞就是由三种各司其职的降落伞组成的“小家庭”。
神舟十一号飞船返回过程演示
飞船返回舱在返回过程中,伞舱盖弹开后,约1秒左右引导伞展开,随后拉出减速伞,减速伞的作用是对整个返回舱进行减速,它能够将返回舱速度由200多米/秒减至100米/秒左右。减速伞在工作一定时间后进行分离,最终拉出1200平方米的主降落伞,面积大到能铺满一个足球场,是世界上最大的单伞。
神舟十一号飞船返回过程演示
每一件“仙女裙”背后都是匠心的运作
飞船降落伞的外形和人们日常用的雨伞相似,都是利用气动阻力减速,两者主要的区别在于返回舱降落伞系统更复杂,科研人员精心挑选了高强度芳纶纤维来制作伞衣和伞绳,让它薄如蝉翼却异常结实,并且经过特殊的耐热处理,可以承受400摄氏度的高温,防止降落伞被返回舱与大气层摩擦产生的热量烧坏。
例如神舟飞船的主降落伞,虽然庞大,体态却十分轻盈,重量不到100千克,收拢后装进200升容积的伞包,可以塞进普通的家用冰箱。然而包伞的技术难度高,绝非把伞简单塞进伞包就万事大吉。
什么是包伞呢?按专业说法,就是将降落伞的伞衣、伞绳和连接吊带等整齐有序地装进伞包内,使之保持一定的几何形状,并保证伞衣等部件在工作前不受气流吹袭,不与其他物体钩挂,在工作时保证降落伞按预定程序开包工作。
神舟飞船的主伞有96根50米长的伞绳,根数多、长度长,很容易出现缠绕现象。一旦控制不好,就有可能导致降落伞开伞失败,甚至使整个飞船坠毁。经过长期摸索,科研人员制定了非常详细的降落伞包装工艺方案,包括晾伞、梳理伞绳、折叠伞衣和压力包装封包等几十道工序。
为了确保多根伞绳互不缠绕,科研人员采用了梳绳夹等专用工具,将伞绳按照编号顺序依次排列进梳绳夹内,然后手持12根一组的梳绳夹,从头理到尾,近50米的距离来回要走好几趟。这时,提起来的伞绳落在桌子上“哗哗”作响,感觉就像特级大厨在做一种超级长的“拉面”。梳理之后的伞绳就可以整齐有序地排列在伞包内,保证了伞绳拉出时不打结不缠绕。
神舟十一号飞船包伞现场
将伞衣折叠好装填进伞包时,既要均匀有序,又要充实饱满、不留空隙,力度的控制全靠操作人员的双手,力度过小伞衣装不进去,力度过大就有可能损坏伞衣,因此只有依靠反复练习的经验,才能掌握好合适的力度。而要将伞衣、伞绳、连接吊带等部件全部压进伞包内,只靠人力是不够的,还需要借助压力包伞机进行辅助操作。
神舟十一号飞船包伞现场
把所有部件装填进伞包后,还需要将伞包的口封住,也叫“封包”。由于伞衣伞绳是在压力包伞机的巨大压力下塞进伞包内部,当压力撤除,伞衣伞绳会随压力减小而膨胀,因此封包就需要在伞衣还未膨胀的一瞬间进行。虽然整个封包过程需要十几分钟,但科研人员的工作强度不亚于在健身房锻炼两个小时。
飞船降落伞在保护飞船返回舱安全方面起着至关重要的作用。随着空间站在轨建造阶段飞行任务序幕的拉开,让我们期待红白相间的降落伞在空中再次绽放吧!
(责任编辑:周雁)