来去自如 “小飞”回家(组图)

2014-11-02 07:38:25 来源: 南方日报(广州)
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1日,工作人员将返回器固定在拖车上。

来去自如
1日,工作人员将返回器固定在拖车上。

  北京时间11月1日15时许,再入返回飞行试验返回器在成功返回地球8个多小时后,搭乘专机安全运抵北京。

  记者在现场看到,返回器外观整体良好,烧蚀情况正常。工作人员将返回器从机舱小心转移安放到运输车辆上,包裹之后进行固定。返回器随后将被送回到中国空间技术研究院。

  探月工程三期探测器系统总指挥兼总设计师杨孟飞在现场接受新华社记者采访时表示,返回器安全降落后,将继续展开两项任务,一是全面分析评估返回器带回的试验数据,二是继续实施服务舱的拓展试验。

  探月工程总指挥、国防科工局局长许达哲此前在接受记者采访时表示,这次任务圆满成功,为月球探测三期工程打下了坚实的基础,对探月和深空探测乃至整个航天的发展具有重要意义,任务完全达到了试验目的。

  再入返回飞行试验器于10月24日在西昌卫星发射中心发射升空,经过8天的太空飞行后,返回器于11月1日6时42分成功在内蒙古预定区域着陆返回。这是我国第一次回收自距地约38万公里的月球轨道返回的航天器。

  会“打水漂”的探路者

  “小飞”是中国探月工程三期再入返回飞行试验器的昵称。所谓再入,就是第一次进入大气层后弹起,再第二次进入大气层返回地球。科研人员形象地把“小飞”这种“半弹道跳跃式”返回比作“打水漂”。

  这次试验的目的是通过真实飞行,获取试验数据,验证未来探月三期主任务星“嫦娥五号”以接近第二宇宙速度(11.2公里/秒)再入返回地球的相关轨道设计、气动、热防护、制导导航与控制等关键技术。

  简单说,“小飞”出征,是为2017年前后“嫦娥五号”执行无人月球取样返回“探路”。

  1日凌晨,内蒙古四子王旗阿木古郎草原,5架直升机和飞行员准备就绪。只要天气满足起飞条件,他们将与地面分队组成“空地联合搜索”,一齐寻找自10月24日“旅月”8天后回家的“小飞”。

  “这是一次艰难的搜索。”西安卫星测控中心着陆场站(地处四子王旗)站长王栋说。一方面,“小飞”的返回器一副“小身板”,300多公斤重,只有神舟飞船返回舱的十分之一。另一方面,“小飞”以接近第二宇宙速度返回地球,落点散布范围非常广。

  事实上,从今年8月开始,着陆场区前置雷达站、地面测控站、气象台人员陆续进场展开工作。先后四次组织综合搜索回收演练,熟练掌握了返回器回收处置的各种技能。

  着陆场区各方面准备就绪,只待“小飞”巡月归来。8天的试验任务迎来最关键的阶段—返回器再入返回。

  按照任务计划,“小飞”在距地5000米的高空会“舱器分离”—服务舱和返回器分离,服务舱避让,返回器独立返回地球。距地120公里,返回器在印度洋上空第一次进入大气层。“跳跃”飞行一段后第二次进入大气层。距地10公里处,打开降落伞。

  “从120公里第一次进入大气层,到跳跃再入,再到着陆,航程非常长,确保飞行器落在中国境内本身就是挑战。而且是以接近第二宇宙速度高速再入,任务难度相当大。”探月工程三期副总设计师郝希凡说。

  然而,着陆场区的人们坚信飞行器一定会安全返回。

  迎着第一缕曙光回家

  谁跑“小飞”返回地面测控回收的“第一棒”?答案是“回收一号”—前置雷达阵地。

  “飞行器两次高速进入大气层都会产生‘黑障’现象。高速摩擦会使飞行器表面气化,产生等离子鞘,屏蔽了飞行器与地面的联系。”北京航天飞行控制中心总工程师周建亮告诉记者。虽然“黑障”过程中天地通信中断,但并不意味着飞行器会失控。一些重要指令在进入“黑障”之前就已经输入飞行器。飞行器可以按照预设内容执行指令。

  听到“回收一号”发现目标的通报后,大家松了一口气。

  小飞’24日从西昌卫星中心发射,从地球飞向月球的时候是越飞越慢,从月球返回地球的时候是越飞越快。”郝希凡说。

  服务舱与返回器分离正常!再入正常!返回正常!在预定区域着陆!

  四子王旗的草原上,东方吐白。“小飞”迎着新一天的第一缕曙光回家了。

  “师傅”讲述

  “小飞”回家的N个看点

  “小飞”回家有哪些看点?记者专访“小飞”的六位“师傅”—中国航天科技集团公司五院的科研人员,为您权威解析。

  1

  “小飞”返回器为啥是“钟鼎”形的?

  师傅:彭兢 飞行试验器副总设计师

  讲述:嫦娥一号、二号、三号都不返回地球。所以“小飞”从月球返回地球的每一步,都是中国探月史上的新脚印。

  “小飞”有六方面的创新:分别是轨道设计和控制、新型的热控技术、气动、高精度的返回导航制导与控制、设备的轻小型化以及回收技术等。

  “小飞”返回大气层受到气动作用,会产生各种各样的力和力矩。我们希望返回器自身的气动特性保证它的稳定性。气动专家做了很复杂的计算,进行了大量的风洞试验。最后根据这些实验数据,选择了“钟鼎”作为返回器的外形设计。

  2

  回家路上大气环境不确定考验GNC

  师傅:王勇 飞行试验器返回器GNC副总设计师

  讲述:GNC是英文导航制导与控制的首字母。返回器GNC的任务是把返回器准确带回着陆场。导航是准确知道位置,制导是根据当前飞行情况找到一条路径,控制就是让飞行器怎么走到这条路径上来。

  “小飞”回家经历了几个关键节点。距地5000公里,服务舱和返回器分离,返回器独立返回地球;距地120公里,返回器第一次进入大气层,“跳跃”飞行一段后第二次进入大气层。距地10公里处,打开降落伞。从120公里第一次进入大气层到着陆,航程非常长,确保落在中国境内本身就是挑战。

  整个控制过程中最大的困难就是大气环境的不确定性。高空大气密度变化范围有±80%。低空大气密度变化范围是20%至40%。进入大气层后GNC系统要实时对气动参数、大气密度进行辨识、仿真、计算。这些必须在极短的时间内完成,GNC经受了极大考验。

  3

  返回器是“走红地毯的明星”

  师傅:王晓磊 飞行试验器服务舱GNC副总设计师

  讲述:“小飞”由“大块头”的服务舱和“小个子”的返回舱组成。在8天的“地月之旅”中,绝大部分时间服务舱像个“超级的哥”载着返回舱前进。只有最后40多分钟,返回器在“万众瞩目中”再入返回地球,如同一个“走红地毯的明星”。

  “超级的哥”一路上不仅要“开车”,还负责给返回器摆好座椅—供电,供暖,数据传输和通讯保障等。这些通过服务舱的结构、机构、热控、数管、GNC等10个分系统来完成。

  舱器分离就是剪断“脐带”—连接舱器的一捆电线。四个爆炸螺栓炸开,服务舱用力把返回器推到再入返回走廊,而自己要避让。

  4

  “小飞”的私人定制“空调”

  师傅:宁献文 飞行试验器热控分系统主任设计师

  讲述:热控的功能就是让“小飞”别太冷也别太热,要保持一个合适的温度。冷了就晒晒太阳,热了就挡住太阳。为此,研制了首个国产宇航级环路热管。目前世界上有同类核心技术的只有美国、俄罗斯和法国。

  “小飞”的热控防热为何特别难?神舟飞船从地球轨道返回,只需约20分钟。“小飞”月球返回,接近第二宇宙速度,二次入大气层,时间长、热流密度大。相当于用炉子持续猛烧。我们在返回器外部包覆一层特殊材料,可以把摩擦产生的热量隔绝掉,不让它灌向舱内。

  5

  回家轨道再入角相当于一张薄纸

  师傅:汪中生 飞行试验器轨道主管设计师

  讲述:由于运载能力和航程所限,“小飞”轨道设计受到很强约束。再入点参数精度要求非常高。如果把地球比作一个篮球,再入角就相当于一张薄纸。“小飞”必须穿过薄纸这样的缝隙,才能安全返回地球。我们在大量的设计论证后才找到符合条件的轨道。现在看,这个轨道设计是成功的。

  6

  5台相机记录“最后的凝望”

  师傅:胡永富 飞行试验器相机技术负责人

  讲述:服务舱还有一项功能就是用5台相机对“小飞”地月之旅进行拍照。相机采用新材料实现轻小型化。最重的4.1公斤,最轻的只有200克。有技术试验相机,也有鱼眼镜头相机。前两天公布了在月球近旁拍摄的地球、月球和地月合影。很多网友点赞,说照片很梦幻。相机可拍视频,为便于传输,一段连续视频不超过30秒。

  按计划,舱器分离后,服务器会上演对返回舱“最后的凝望”—对返回器再入返回过程进行拍照。期待能早点看到这些珍贵的照片。

  链接

  中国探月时间表

  中国探月工程2004年立项,以无人探测为主,分“绕”“落”“回”三步走。

  一期 绕

  研制和发射中国首颗月球探测卫星,突破绕月探测关键技术。

  “嫦娥一号”

  2007年10月24日发射,圆满完成一期“绕月”使命后于2009年3月受控撞月。它获得了120米分辨率全月球影像图、三维月球地形图等成果和大量原始科学数据。科研人员据此编制了中国首幅月球虹湾区域的地质图和构造纲要图。

  二期 落

  首次月球软着陆和自动巡视勘测,突破月球软着陆、月面巡视勘察、深空测控通讯与遥控操作、深空探测运载火箭发射等关键技术。

  “嫦娥二号”

  2010年10月1日发射。作为“嫦娥三号”先导星,“嫦娥二号”获得了世界首幅7米分辨率全月图,对“嫦娥三号”预选的落月区域进行重点探测。在实现既定工程目标和完成科学探测任务后,开展了日地拉格朗日2点环绕探测。在距地球700万公里处实现了对图塔蒂斯小行星的飞越交会探测。目前,“嫦娥二号”已突破1亿公里深空。

  “嫦娥三号”

  2013年12月2日发射,12月14日实现月面软着陆;12月15日,巡视器驶离着陆器到达月面,实现着陆器和巡视器两器分离,两器互拍。着陆器开始就位探测,巡视器开展自动巡视勘察。

  三期 回

  首次月球样品自动取样返回探测,突破月面采样、月面上升、月球轨道交会和返回地球等关键技术。

  “嫦娥四号”


  原本是“嫦娥三号”的备份星。探月二期“落月”任务完成后,嫦娥四号任务还在深化论证中。

  “嫦娥五号”

  预计2017年前后发射,执行月球样品自动取样返回探测任务。

  “小飞”

  为“嫦娥五号”以接近第二宇宙速度(11.2公里/秒)再入返回地球的相关轨道设计、气动、热防护、制导导航与控制等关键技术,中国探月工程决定实施一次再入返回飞行试验。飞行试验器“小飞”于2014年10月24日在西昌卫星发射中心发射,11月1日顺利返回。

  本栏文图均据新华社

netease 本文来源:南方日报 责任编辑:王晓易_NE0011
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