多用途飛船縮比返回艙成功著陸

多用途飛船縮比返回艙成功著陸

2016年6月26日15：41，由長征－7運載火箭搭載升空的多用途飛船縮比返回艙（簡稱縮比返回艙）在東風著陸場西南戈壁區安全著陸。該縮比返回艙由中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院研制。此次縮比返回艙的成功回收，為后續新型載人飛船的論證設計和關鍵技術攻關奠定了重要基礎，這標志著我國載人深空探測技術邁上了新的臺階，為未來載人深空探測任務奠定了基礎。

1 縮比返回艙任務概述

任務目標

多用途飛船返回艙是我國未來載人深空探測任務的關鍵產品，為開展先期關鍵技術攻關，確保載人航天任務的高可靠性，并節省科研經費，中國空間技術研究院研制并發射了這一縮比返回艙，它是多用途飛船返回艙正式型的縮小版，高約2.3m，最大外徑2.6m，總質量約2600kg。

縮比返回艙用于在軌獲取飛船返回艙自由飛行氣動數據，探索可重復使用設計、驗證及評估技術，以及驗證新型金屬材料性能及制造技術等。

返回艙首次以彈道方式返回

在飛船返回階段，縮比返回艙首次以彈道方式返回，即在長征－7上面級和返回艙組合體分離后，指揮控制中心不對返回艙進行控制，返回艙依靠分離時的速度和姿態返回著陸。

此次任務采用彈道方式返回，這與此次任務的試驗目的有關。它主要用于驗證返回艙的氣動外形設計，獲取返回再入過程中返回艙的氣動力和氣動熱特性等試驗數據，為我國新一代多用途飛船的論證設計和后續關鍵技術攻關提供支持。為此，需要設計一些不同狀態，特別是復雜條件的試驗環境，以獲取更為全面的數據。以彈道方式返回就可以獲取返回艙在不受地面指揮控制中心控制的條件下的相關參數，對于實現任務試驗目的具有積極作用。

著陸點首次瞄準在沙漠

這次回收是我國第一次在載人航天工程中啟用東風著陸場，此前，它一直作為四子王旗的備用著陸場。其目的同樣是為了獲取縮比返回艙更全面的試驗數據。

東風著陸場地處內蒙古巴丹吉林沙漠和戈壁帶，這里地形多樣，有沙漠、戈壁、山地、湖泊等，基本涵蓋了需要進行試驗的各種著陸地形，實踐意義非常大。這里地域遼闊，而且人煙稀少，更適合執行搜索回收任務。

從工程建設和任務實施角度看，選擇在沙漠著陸還有諸多優勢：沙漠基本為無人區，回收難度雖然大一些，但安全隱患相對較小；由于沙土較軟，對返回艙損害較小；多一些落區選擇，有利于飛船、衛星的應急返回。

2 縮比返回艙驗證多項關鍵技術

2016年6月26日，經過約20h的在軌飛行，縮比返回艙在東風著陸場西南戈壁區安全著陸，外觀良好，狀態正常，首次在軌驗證了飛船返回艙新氣動外形設計、重復使用設計和新材料等新技術和新產品。

實戰檢驗“倒錐形”新氣動外形

不同于此前“神舟”系列飛船的“鐘罩式”外形，縮比返回艙采用“倒錐形”設計。如同汽車的流線型外形能幫助它省油、提速一般，航天器的外形對提升其性能有著重要影響，特別是在高速飛行狀態下，微小的外形差別將對航天器產生很大的影響。在此次任務中，縮比返回艙通過配置氣動測量傳感器，能夠測量返回艙再入大氣層過程中的返回艙表面壓力、溫度和熱流等數據，獲取返回艙氣動特性參數。

以往我國開展此類設計、測試主要依靠仿真分析和風洞試驗，而此次通過實飛檢驗氣動外形還屬首次，獲得的數據也彌足珍貴。它突破并驗證了我國未來載人飛船返回艙的新氣動外形設計。這些數據的挖掘和應用將對我國宇航、新材料等領域創新發展發揮重要作用。

驗證返回艙重復使用技術，首次采用新型合金材料

為了實現降本增效，縮比返回艙在可重復使用技術上進行了探索。該返回艙采用了“金屬結構+防熱結構”的雙層熱防護設計方案，其中的防熱結構是可以拆卸的，再入返回過程中被灼蝕的防熱結構在返回地面后可拆卸、更換。此項技術不僅將節省大量的運營成本，還將縮短研制周期，大大加快我國探索神秘宇宙、和平開發太空資源的步伐。

值得一提的是，縮比返回艙主結構采用了一種新型合金材料，它和當前主流的航天器鋁鎂合金相比，強度更強、韌性更足，抗壓能力更是提高了近八成，將極大地提升航天器的性能、延長航天器的壽命。這一材料雖然在飛機的結構、火箭的推進劑貯箱上廣泛使用，但在我國航天器的主結構上還是首次使用。

配備我國返回式航天器首頂超音速穩定傘

安全返回是縮比返回艙任務最后一根“接力棒”，為了走穩這回家路途上的最后一步，項目團隊不僅為縮比返回艙研制了主降落傘系統，還配備了首頂超音速穩定傘。它可以矯正多用途飛船縮比返回艙的飛行姿態，是安全返航路上的重要一環。

研制人員與縮比返回艙合影（陳蒙/攝）

返回艙在再入飛行過程中將采取大底朝前、小頭朝后的“仰臥”姿態，安裝在頭頂的主降落傘系統會順勢迎風開傘。但此次縮比返回艙的氣動外形是未經在軌飛行試驗驗證的全新設計，返回艙在再入飛行中有可能會出現小頭朝前、大頭朝后的俯沖姿態，從而導致主降落傘系統無法順利工作。為此，研制人員在主傘艙旁邊安裝了一頂超音速穩定傘，一旦出現“掉頭”現象，超音速穩定傘可憑借風力矯正返回艙的飛行姿態，從而保障主降落傘正常工作。

不同于“神舟”飛船返回艙主傘慣用的紅白相間圖案，超音速穩定傘是通體的黃色，看起來像一頂“小黃帽”，充氣張開的超音速穩定傘，其半球形的“頭頂”和長達20m的細長連接帶拖曳著縮比返回艙。

返回式衛星、“神舟”飛船和嫦娥－5試驗飛行器使用的返回式航天器降落傘，一般都是在亞音速條件下打開。從大氣層外返回地球，并在超音速的條件下開傘飛行，使用超音速穩定傘是首次。因此，它需要應對更加惡劣的環境，例如劇烈顫震、反復充氣，以及空氣摩擦產生的高溫。為了幫超音速穩定傘應對重重考驗，北京空間機電研究所在傘形選擇優化、材料特性研究、主要承力件結構設計等方面開展了大量的仿真計算，并經過風洞試驗、高塔投放試驗、結構強度試驗等試驗驗證，最終確定了該傘的技術狀態。

超音速穩定傘

3 滿足未來載人深空探測任務

此次縮比返回艙飛行任務是對未來載人飛船關鍵技術進行在軌演示驗證的一次飛行試驗，是未來我國新一代載人飛船飛行試驗規劃的第一步，將開啟我國新一代載人飛船研制工程的序幕。

隨著縮比返回艙成功回收，相關新技術和新產品驗證成功，我國新一代多用途飛船整體性能將實現躍升，未來可搭乘更多的航天員，還能到達更遠的深空，滿足未來載人深空探測任務。

齊真/文

Scaled-down Crew Capsule Returned Successfully