降落傘在航天工程中的應用

溫亮

摘要：航空航天技術的飛速發展，從衛星發射到載人航天一步步得以實現。在助推火箭和飛船載人艙的返回著陸過程中，降落傘回收系統起了至關重要的作用，是整個航天活動成敗的關鍵。因此，發展回收降落傘技術已經成為航天工程中的一個重要課題。本文概括闡述了降落傘在載人飛船領域的應用。其主要分析有兩方面：一方面主要分析了我國神舟六號載人飛船降落傘系統、回收過程中的著陸減速方法和正常著陸工作程序第二方面分析了降落傘在貴重儀器設備回收過程中的方案設計及回收工作程序。文中還介紹了國外利用降落傘回收的經驗教訓。

關鍵詞：航天工程；降落傘；回收

1.緒論

降落傘，俗稱“保險傘”，亦稱展開式空氣減速器，是利用空氣阻力使人或物從空中緩緩向下降落的一種器具，自1797年降落傘出現以來，在研究人員的不懈努力下，全世界已經制造出數十種不同型號的人用和物用降落傘。廣泛應用于航空航天、貨物傳送和體育運動等領域。

隨著航天技術的飛速發展，從上個世紀60年代末期開始，人類開始乘坐航天器走向太空（自1961年4月12日開始加加林乘東方號飛船做首次載人飛行以來，俄羅斯共發射載人飛船91艘，美國發射發了35艘。我國也于2003年10月15日和2005年10月12日連續發射了神舟五號、六號載人飛船）。返回艙的安全回收已成為一個不可缺少的環節，是航天活動成敗的最后的標志。利用降落傘的穩定作用，是這一過程的關鍵所在，對保證飛船安全著陸有十分重要的作用。國際上都是采用降落傘作為返回艙的減速回收設備。美國“水星”號飛船是采用一具大面積的主傘回收乘有宇航員的再入艙的，并且還配備有一具應急回收傘；中國“神舟”5號、“神舟”6號飛船再入艙的回收，都是采用一具面積為1200平方米的主傘減速的；美國“阿波羅”號飛船著陸系統采用三具面積小點的主減速傘回收宇航員和再入艙的。另一方面，隨著高科技的發展，現代戰爭武器體現的科技成果也往往是最前沿的，因此價格也十分昂貴。如果利用降落傘對其作回收處理，使之重復利用，能達到節約戰爭損耗的目的。

下面將分別介紹降落傘在載人飛船領域和貴重儀器設備回收過程中的應用。

2.降落傘在飛船返回艙中的應用

近代我國航天技術飛速發展，成功實現了載人航天。（如2003年10月15日發射的神舟五號、2005年10月12日發射的神舟六號載人飛船）返回艙和助推火箭的回收，已成了不可缺少的一個環節，而且也是航天活動成敗的最后標志。而降落傘的穩定作用是這一過程中的關鍵所在，對保證飛船安全返回有著十分重要的作用。

2.1 降落傘在神舟六號載人飛船回收過程中的應用

神舟六號采用的是世界上面積最大的降落傘，面積為1200平方米，比俄羅斯現在使用的“聯盟—TMA”飛船降落傘還大200平方米。如此巨大的降落傘，除了保證飛船有良好的減速效果，還便于空中和地面搜救人員及時發現正在降落的飛船，從而能夠聲速組織和開展救援行動。如果沒有降落傘，3.2噸重的神舟六號飛船返回艙將以每秒200米的速度沖向地面，如果不進一步采取減速措施，返回艙將以極快的速度沖向地面，其后果不堪設想。為保證飛船返回艙的安全回收，這時就需要使用降落傘把飛船的速度不斷地降下來，最后達到安全著陸的速度。另外，降落傘還能使艙在激烈的大氣流中避免擺動、旋轉甚至翻滾，確保航天員的安全，保證整個返回系統的安全順利地回收。因此，我國航天工程著陸總設計師侯鷹說：“降落傘是飛船和航天員降落時的‘保護傘。”

2.2 國外利用降落傘回收的經驗和教訓

俄羅斯（蘇聯）共研制了三個系列飛船：東方號、上升號和聯盟號系列，美國也是三個系列：水星號、雙子星號和阿波羅號系列。在載人航天技術上，俄羅斯領先于美國。自首次載人航天成功以來，俄羅斯一共發射了91艘載人飛船，美國是35艘。利用降落傘回收返回艙，保證了數百位航天員的安全，因此在降落傘設計技術上高于我國，我們在積極研究自己的回收用降落傘的同時，可以借鑒國外的先進技術，為我所用。

歷史上曾發生過因降落傘打不開而造成飛船失速的悲慘事故。教訓是深刻的，損失是嚴重的。1967年4 月23日，當地時間上午5時55分，前蘇聯宇航員科馬羅夫乘“聯盟一號”飛船飛行，在返回時，由于飛船姿態控制系統發生故障，姿態失控，飛船以彈道式再入。返回艙在旋轉和顫動的情況下打開減速傘。又因傘艙變形，卡住主傘傘包，在減速傘分離后，不但拉不出主傘，其自身也無法解脫。雖然啟用了備份傘，但無濟于事，備份與減速傘纏繞在一起。使飛船以每秒100多米的速度沖向地面，飛船墜毀，宇航員科馬羅夫當場遇難，成為人類歷史上第一個空中遇難犧牲的宇航員。事發后，前蘇聯不得不對“聯盟號”飛船進行改進，重新設計了一套備用降落傘和一個脫傘裝置。

3.降落傘在貴重儀器設備回收過程中的應用

利用現有回收技術的成果，對貴重儀器的飛行軌跡和內部許用空間進行分析研究。于是，提出了使用降落傘減速，并用減震針作為入地緩沖的回收方案設想，以期達到對貴重儀器設備可再次使用的目的。降低對資本的損耗。如我們航天飛機的助推火箭和貴重導彈儀器艙都可用此方法回收。

3.1 降落傘回收方案設計

3.1.1 開傘方式

由于儀器設備在開傘階段姿態不穩定，很可能處于逆氣流狀態下開傘。因此，必須采用彈射筒作為開傘裝置，令傘系統強行拉直。

如果儀器設備小頭朝前，攻角在正負5度范圍內飛行，假設傘包彈射運動軌跡為直線形。那么，將可能出現蓋帽現象，即降落傘拉直后又被迎面氣流頂回，傘衣蓋住回收艙而影響正常開傘。因此我們必須設計合理的穩定系統。但實際中由于傘包彈離彈射筒后，做變質量運動，一直受側向力影響，受到一個強大的轉動力矩，使傘包的運動軌跡為弧線形，因此發生蓋帽的可能性比較小。

3.1.2 開傘高度

根據儀器設備不同高程，計算它到達極限速度的高度，根據實驗確定降落傘的最低安全開傘高度，測量出著陸場海拔高度，由此計算并確定出開傘高度，可以獲得較大的開傘高度允許偏差范圍，然后再裝定開傘控制程序。

3.1.3傘衣面積與著陸速度

由于受儀器設備內許用空間容積的限制，降落傘阻力面積不能一味的增大，只能按給定的容積進行設計。

據有關資料顯示，當儀器設備重量固定時，傘衣面積增加到一定量值時，再增加傘衣面積，其減速效果就不太明顯。再依據儀器艙內許用空間有限，因此我們可以設計出一合理的降落傘供貴重儀器設備回收使用。endprint