降落傘在航天工程中的應(yīng)用

溫亮

摘要：航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，從衛(wèi)星發(fā)射到載人航天一步步得以實(shí)現(xiàn)。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(tǒng)起了至關(guān)重要的作用，是整個(gè)航天活動(dòng)成敗的關(guān)鍵。因此，發(fā)展回收降落傘技術(shù)已經(jīng)成為航天工程中的一個(gè)重要課題。本文概括闡述了降落傘在載人飛船領(lǐng)域的應(yīng)用。其主要分析有兩方面：一方面主要分析了我國神舟六號(hào)載人飛船降落傘系統(tǒng)、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(shè)備回收過程中的方案設(shè)計(jì)及回收工作程序。文中還介紹了國外利用降落傘回收的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

關(guān)鍵詞：航天工程；降落傘；回收

1.緒論

降落傘，俗稱“保險(xiǎn)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(xiàn)以來，在研究人員的不懈努力下，全世界已經(jīng)制造出數(shù)十種不同型號(hào)的人用和物用降落傘。廣泛應(yīng)用于航空航天、貨物傳送和體育運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域。

隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展，從上個(gè)世紀(jì)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(hào)飛船做首次載人飛行以來，俄羅斯共發(fā)射載人飛船91艘，美國發(fā)射發(fā)了35艘。我國也于2003年10月15日和2005年10月12日連續(xù)發(fā)射了神舟五號(hào)、六號(hào)載人飛船）。返回艙的安全回收已成為一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)，是航天活動(dòng)成敗的最后的標(biāo)志。利用降落傘的穩(wěn)定作用，是這一過程的關(guān)鍵所在，對(duì)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(shè)備。美國“水星”號(hào)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(yīng)急回收傘；中國“神舟”5號(hào)、“神舟”6號(hào)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(hào)飛船著陸系統(tǒng)采用三具面積小點(diǎn)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(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器體現(xiàn)的科技成果也往往是最前沿的，因此價(jià)格也十分昂貴。如果利用降落傘對(duì)其作回收處理，使之重復(fù)利用，能達(dá)到節(jié)約戰(zhàn)爭損耗的目的。

下面將分別介紹降落傘在載人飛船領(lǐng)域和貴重儀器設(shè)備回收過程中的應(yīng)用。

2.降落傘在飛船返回艙中的應(yīng)用

近代我國航天技術(shù)飛速發(fā)展，成功實(shí)現(xiàn)了載人航天。（如2003年10月15日發(fā)射的神舟五號(hào)、2005年10月12日發(fā)射的神舟六號(hào)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(gè)環(huán)節(jié)，而且也是航天活動(dòng)成敗的最后標(biāo)志。而降落傘的穩(wěn)定作用是這一過程中的關(guān)鍵所在，對(duì)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(hào)載人飛船回收過程中的應(yīng)用

神舟六號(hào)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(xiàn)在使用的“聯(lián)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(shí)發(fā)現(xiàn)正在降落的飛船，從而能夠聲速組織和開展救援行動(dòng)。如果沒有降落傘，3.2噸重的神舟六號(hào)飛船返回艙將以每秒200米的速度沖向地面，如果不進(jìn)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(shè)想。為保證飛船返回艙的安全回收，這時(shí)就需要使用降落傘把飛船的速度不斷地降下來，最后達(dá)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(dòng)、旋轉(zhuǎn)甚至翻滾，確保航天員的安全，保證整個(gè)返回系統(tǒng)的安全順利地回收。因此，我國航天工程著陸總設(shè)計(jì)師侯鷹說：“降落傘是飛船和航天員降落時(shí)的‘保護(hù)傘。”

2.2 國外利用降落傘回收的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

俄羅斯（蘇聯(lián)）共研制了三個(gè)系列飛船：東方號(hào)、上升號(hào)和聯(lián)盟號(hào)系列，美國也是三個(gè)系列：水星號(hào)、雙子星號(hào)和阿波羅號(hào)系列。在載人航天技術(shù)上，俄羅斯領(lǐng)先于美國。自首次載人航天成功以來，俄羅斯一共發(fā)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(shù)百位航天員的安全，因此在降落傘設(shè)計(jì)技術(shù)上高于我國，我們?cè)诜e極研究自己的回收用降落傘的同時(shí)，可以借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，為我所用。

歷史上曾發(fā)生過因降落傘打不開而造成飛船失速的悲慘事故。教訓(xùn)是深刻的，損失是嚴(yán)重的。1967年4 月23日，當(dāng)?shù)貢r(shí)間上午5時(shí)55分，前蘇聯(lián)宇航員科馬羅夫乘“聯(lián)盟一號(hào)”飛船飛行，在返回時(shí)，由于飛船姿態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)生故障，姿態(tài)失控，飛船以彈道式再入。返回艙在旋轉(zhuǎn)和顫動(dòng)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(jì)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(dāng)場遇難，成為人類歷史上第一個(gè)空中遇難犧牲的宇航員。事發(fā)后，前蘇聯(lián)不得不對(duì)“聯(lián)盟號(hào)”飛船進(jìn)行改進(jìn)，重新設(shè)計(jì)了一套備用降落傘和一個(gè)脫傘裝置。

3.降落傘在貴重儀器設(shè)備回收過程中的應(yīng)用

利用現(xiàn)有回收技術(shù)的成果，對(duì)貴重儀器的飛行軌跡和內(nèi)部許用空間進(jìn)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(shè)想，以期達(dá)到對(duì)貴重儀器設(shè)備可再次使用的目的。降低對(duì)資本的損耗。如我們航天飛機(jī)的助推火箭和貴重導(dǎo)彈儀器艙都可用此方法回收。

3.1 降落傘回收方案設(shè)計(jì)

3.1.1 開傘方式

由于儀器設(shè)備在開傘階段姿態(tài)不穩(wěn)定，很可能處于逆氣流狀態(tài)下開傘。因此，必須采用彈射筒作為開傘裝置，令傘系統(tǒng)強(qiáng)行拉直。

如果儀器設(shè)備小頭朝前，攻角在正負(fù)5度范圍內(nèi)飛行，假設(shè)傘包彈射運(yùn)動(dòng)軌跡為直線形。那么，將可能出現(xiàn)蓋帽現(xiàn)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(shè)計(jì)合理的穩(wěn)定系統(tǒng)。但實(shí)際中由于傘包彈離彈射筒后，做變質(zhì)量運(yùn)動(dòng)，一直受側(cè)向力影響，受到一個(gè)強(qiáng)大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使傘包的運(yùn)動(dòng)軌跡為弧線形，因此發(fā)生蓋帽的可能性比較小。

3.1.2 開傘高度

根據(jù)儀器設(shè)備不同高程，計(jì)算它到達(dá)極限速度的高度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(jì)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(shè)備內(nèi)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(jìn)行設(shè)計(jì)。

據(jù)有關(guān)資料顯示，當(dāng)儀器設(shè)備重量固定時(shí)，傘衣面積增加到一定量值時(shí)，再增加傘衣面積，其減速效果就不太明顯。再依據(jù)儀器艙內(nèi)許用空間有限，因此我們可以設(shè)計(jì)出一合理的降落傘供貴重儀器設(shè)備回收使用。endprint