大数跨境
0
0

【微航天】归来:“嫦娥”第一次回娘家

【微航天】归来:“嫦娥”第一次回娘家 中国航天报
2014-11-02
4
导读:似是故人来太阳照常升起前,背着红白条纹相间的降落伞,“嫦娥”晃晃悠悠地下落,就快回家了。和8天前离家时比,容



似是故人来

太阳照常升起前,背着红白条纹相间的降落伞,“嫦娥”晃晃悠悠地下落,就快回家了。


和8天前离家时比,容貌似乎没变,但在空中时外表会不时脱落一些碳层,因为几十分钟前刚经受超过2000℃的高温烧蚀。


2014年11月1日的清晨,天气寒冷。中国探月工程三期再入返回飞行试验器(嫦娥五号飞行试验器)的返回器,在内蒙古四子王旗县城的北部草原着陆。


这也是“嫦娥”系列航天器的第一次返回。作为探月工程三期的首发星,它的任务是模拟后续嫦娥五号探测器飞行过程和验证返回的一系列关键技术,为探月工程三期“回”的任务目标奠定基础。


“终于快回来了。”地上有搜寻人员喃喃自语。他们等了很久,来自中国航天科技集团公司空间技术研究院的回收试验队,在10月7日就已经进驻四子王旗。


试验队队长张正峰是飞行试验器的总体主任设计师。他回忆,队伍里不少人从2011年初春开始,昼夜不分地将它研制出来再送它去太空。如今,短暂作别后再次相见,整个飞行试验任务也就剩回收这“最后一哆嗦”了。


现场,也有包括西安卫星测控中心工作人员在内的一些人是初见返回器。大家的第一直观感受是:外表酷似钟罩,像神舟飞船的返回舱。“嫦娥”第一次回家,似是故人来。


的确,重300多公斤的返回器从外观上看是神舟飞船返回舱的“迷你版”,尺寸是后者的1/2、体积只有1/8,但其回收搜索区域(长190公里、宽110公里的矩形)的面积是后者的7倍,相当于49个北京海淀区。


约6点31分,返回器在距地面高度10公里时自动弹出降落伞,漂亮的伞花在灰蒙蒙的天上“盛开”。


“返回器上安装了静压高度计,通过感知大气气压识别出高度,再执行弹伞舱盖的指令。”据返回器回收分系统副主任设计师张宇介绍,面积50平方米的主降落伞比神舟飞船1200平方米的降落伞小了不少,但材料的耐温、抗辐射性能有过之而无不及。


降落伞弹出的同时,天线拉出,返回器上信标机开始发送位置信号。漫漫回家路,还差最后一步。


“返回器弹伞舱盖,搜索开始。”电台里传出指令声,早已集结待命的二十多辆越野汽车相继出发。车队绵延数里,红色和橘黄的车灯交织闪烁,点亮草原。


曲折回家路

黎明的宁静,在搜索车队出发前半小时就已被打破。


四子王旗大庙场区停机坪上,5架直升机发动机轰隆作响,与螺旋桨高速旋转切割空气发出的富有节律的声音混在一起。


从北京航天飞控中心得知飞行试验器在太空中实现服务舱和返回器分离后,搜索直升机便先于车队启动,飞往搜索区域上空,以着陆点为中心,呈四角分布之势——代号“雄鹰”指挥直升机和一架通信直升机在一角,另外三架搜索直升机分列其他三角。


舱器分离是返回器“再入返回”的开始。接下来的这段旅途,堪称本次任务最关键、最受关注的一段航程——返回器从距离地球5000公里的广袤太空中,以约10.66公里每秒的速度滑行进入大气层,通过自主调整姿态,借助升力再“跳”出大气层,然后再第二次“跃”入大气层,直到下降到开伞高度。同时,它也将两次进入会屏蔽电磁波的黑障区(地球上空35~80公里的大气层间),丧失与外界的无线电联系。


这种半弹道跳跃式再入返回方式,被形象地比喻成“打水漂”,意在模拟未来嫦娥五号探测器返回地球。


以这样的方式返回,飞行距离和时间明显拉长,对于落点的调整就有了很大余地,可使返回器尽量落到理想着陆区域。历史上,以接近第二宇宙速度(11.2公里每秒)再入大气层的航天器不少采用“跳跃式返回”。资料显示,苏联的“探测器”6号自动站和美国“阿波罗”月球飞船都是这样返回地球的。


此外,要确保返回器再入返回成功,防热技术也是关键。据张正峰介绍,高速进入大气层后,它面临的峰值热流密度、总加热时间、总加热量等一系列数据,都是神舟飞船返回时的2~3倍。“通俗一点讲,得经受超过2000℃高温的长时间烧蚀。”


从2011年开始,五院总体部的研制团队就开始攻关防热技术,给“嫦娥”制作“外衣”。杨昌昊回忆起耗时1年半的“选材”经历:做了近300种地面试验,近30种风洞试验,试用了近百种材料……最终迈过这道坎,同时实现了防热材料的完全国产化。


轮番上阵忙

“雄鹰”还在草原灰暗的上空盘旋,等待搜索目标的出现。


直升机和汽车上的电台“嗞嗞”在响,不断传出的指令声,让搜索人员屏气凝神——“各号注意,返回器第一次出黑障”;“返回器第二次出黑障”;“返回器弹伞舱盖,搜索开始”;“收到信标信号,定向稳定”;“直升机目视返回器乘伞下降”……


6点42分,返回器乘伞顺利着陆,因为气温降至零下的草原地表已经结冻,算是“小小地磕了一下”。


返回器落地时向下的速度只有13米每秒,比刚踏上返程那会儿的速度慢了820倍。“况且它的外表结构足够坚硬,不用配备反推发动机,也能经受着陆冲击。”杨昌昊笑言。


在搜索直升机陆续抵达着陆点后。刚停稳,回收试验队里负责技术协调的金晟毅便迅速走出,成为第一个与首次回家的“嫦娥”面对面的人。


观察返回器外观时,带上防毒面具的他和试验队员孙水生要重点检查推进剂是否泄漏。这种推进剂的成分是无水肼,属于有毒的易燃液体,确保其无泄漏后,回收试验队的各项处置程序开始有序进行。


先是杨昌昊掏出一把酷似“手枪”的激光测温仪,扣动扳机,测量返回器表面温度。确保温度适宜队员操作后,试验队员如车轮战一般轮番上阵:切断降落伞、火工品工作状态检查、断电、推进系统泄压及排出、结构扫描、给返回器穿罩衣(又称“星衣”)、起吊……


这支16人的试验队,有7人来自空间技术研究院总体部,还有来自该院总装与环境工程部、502所、508所,以及运载火箭技术研究院102所的科研人员。除张正峰9年前参加过一次返回式卫星的回收任务外,其余人都是第一次参加航天器现场回收任务。


这些“新手”们在回收场进行了四次1:1的全过程演练,还准备了10份与返回器搜索处置有关的预案,包括返回器主伞未能打开、风大条件下返回器被拖拽、无水肼泄漏、吊具不能安装、天线盖未正常弹开、返回器落入水中、气候条件恶劣等。虽然这些属于小概率事件,但每份预案都有着详细的故障判断、预案分析、处置程序、故障处置保障条件。


“大家精心准备了一个月,现场工作流程已烂熟于心,手脚必须老练。”试验队副队长韩璐说。记者也曾亲眼目睹,102所的郑明珠和郭力振使用便携式激光扫描仪模拟进行结构扫描时,被张正峰要求某些动作精确到5秒内完成。


保证回收工作高质量完成,除了精心细致的准备,还源于这些人的敬业。试验队有一部分人前期在西昌卫星发射中心待了两个月,发射结束后又匆匆赶到回收场。返回器总体总装主管设计师逯运通这三个月瘦了10斤,带病来四子王旗后,还打了两天的点滴。


“这些年,它(返回器)就是我天天看着过来的。”他也感慨工作节奏很快,即使自己老家在与北京接壤的河北香河,一年也只回了两趟。


探月新开始

经过回收试验队两个多小时的处置后,返回器披上“星衣”,被直升机吊运至朱日河机场进行后续处置,并将乘运输机飞回北京,交付空间技术研究院。


11月1日在中国航天史上是个好日子。神舟八号载人飞船在2011年11月1日成功发射,随后中国成为世界上第三个独立完全掌握空间自动交会对接技术的国家;三年后的同一天,探月工程三期再入返回飞行试验任务圆满收官,在2011年国务院正式批复探月工程三期立项之后收获了第一次成功,离2020年前依次完成绕月探测、落月探测和无人采样返回探测的总目标又进了一步。


刚回家的返回器在晨晖下“露面”几小时后,又渐渐消失于视线里。而在几千公里外的太空,以嫦娥二号卫星平台为基础进行适应性改进设计的服务舱,将迎来新的拓展任务,为计划在2017年发射的嫦娥五号探测器再“探一探去路”。


二者曾携手穿行于地月间,如今一去一回,后会无期。著名的Suede乐队曾这样唱到:“The stars that shine in the open sky will say“everything will flow”(天空中的闪亮繁星在诉说,一切终将逝去)。但逝去,也意味着新的开始。(陈立)



【声明】内容源于网络
0
0
中国航天报
《中国航天报》创刊于1986年,是中国唯一一家权威介绍航天高科技产业的报纸,由中国航天科技集团有限公司和中国航天科工集团有限公司主办。
内容 4423
粉丝 0
中国航天报 《中国航天报》创刊于1986年,是中国唯一一家权威介绍航天高科技产业的报纸,由中国航天科技集团有限公司和中国航天科工集团有限公司主办。
总阅读2.1k
粉丝0
内容4.4k