突破!中國首次實現火箭殘骸傘降控制精準回收,意義重大

2020年3月9日,對我國航天事業來說又是一個值得紀念的日子!5分鐘跟蹤到殘骸落點,25分鐘找到,箭體殘骸幾乎完整。

我國用長征三號乙運載火箭成功發射第54顆北斗導航衛星,火箭助推器首次驗證了基於降落傘的落區控制技術,意義重大。

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突破!中國首次實現火箭殘骸傘降控制精準回收,意義重大

4月2日,研製人員最新披露了助推器在空中開傘和精準落地的珍貴畫面。

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當長征三號乙運載火箭將北斗衛星送入太空後,包括助推器在內的火箭殘骸就會墜落地面。一般情況下,這種墜落是不受控的,會對落區周邊居民的安全造成影響,這也是火箭發射任務中的一個難題。

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工作人員為長征三號乙運載火箭安裝傘降裝置

而在此次任務中,研製人員給火箭的一個助推器安裝了多個降落傘,在墜落過程中先後展開,成功控制了助推器墜落時的姿態和方向。

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據航天科技集團一院傘控系統總體設計師張普卓介紹:我們助推的落區範圍大概是30(千米)乘90(千米),是2700平方千米,這相當於我國一個面積中等大小的縣市及區域。我們通過翼傘來控制它,落到指定的點,所以這個面積會大幅縮減。

此次試驗驗證了傘降控制系統整體方案的可行性,也為後續進一步迭代改進打下了基礎。研製人員介紹,今年還將有一到兩次的搭載試驗。同時,還將使用更大面積的翼傘,來進一步加強對落點的精度控制。

歷時十年突破技術難關

事實上,從提出方案到這次成功實現此次試驗驗證,已經跨越了10多年時間。那麼,傘降控制究竟難在哪?此次試驗又實現了怎樣的突破呢?

在過去十多年裡,儘管已經進行過無數次的分系統驗證,包括地面試驗和火箭發射中的搭載試驗。但此次的全系統驗證仍然面臨巨大的難關。

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張總師說:難點是傘怎麼打開。一個助推器大概有4噸的重量,它分離的時候速度大概是2000多米每秒,它的姿態是不受控的,所以在這種情況下怎麼把傘打開,並且打開之後使傘不受破壞,也是比較難的一個地方。

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要想解決這個問題,就需要找到一個準確的開傘時機,讓助推器的角度、速度和姿態等指標都能滿足開傘的要求。為了能夠準確地抓住這個時機,研製人員在助推器上安裝了一套測量裝置,能夠實時監測到助推器的位置和姿態。

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不僅如此,這套裝置還基於北斗系統,實現在複雜野外山林地區的精準的定位跟蹤,幫助研製人員在殘骸墜落後迅速找到落點位置。

張普卓說“五分鐘,就精確知道它的落點位置,相當於它整個再入過程,我們是全程跟蹤可控的。”5分鐘!如此快速的跟蹤時間是多麼的難能可貴。

這也是我國首次在火箭發射任務中實現殘骸信息的實時接收、處理和顯示。根據定位到的落點位置,研製人員在25分鐘之內就找到了火箭殘骸。而此前完成這項工作短則需要幾小時,長則需要數月。

為什麼選擇長三乙?

此次試驗選擇搭載在長征三號乙運載火箭上也是經過精心考量的。未來技術成熟後,將為這型我國目前發射頻率最高的火箭帶來更大的提升空間。

此前,由於長三乙火箭殘骸的落區範圍達到了近三千公里,在每一次發射之前,都需要組織疏散當地群眾,對當地的經濟和民生都造成了一定影響。同時,為了避開人群密集的地區,火箭還需要調整飛行軌跡,這就會犧牲掉一定的運載能力。

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長三乙火箭現在是需求最為迫切的一發火箭,因為它每年的任務量是我國現在最大的。所以我們選擇長三乙來作為一個研究目標,希望能儘早解決長三乙火箭飛行的一個落區安全問題。

通過照片可以看到,此次試驗回收的助推器除了尾噴管部分由於落在石頭上發生了二次碰撞,有一定的破損外,其他部分都很完整,儲箱內剩餘的推進劑也沒有洩漏,而這也是此次試驗需要驗證的一項指標。


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張總介紹:現在我們的火箭分離之後,它有剩餘的一部分推進劑,這部分推進劑如果是硬著陸的話,會發生爆炸或者洩漏,這會對當地有一定的影響,軟著陸就可以實現推進器掉落之後是完整的,助推劑都在箱體內不受破壞。

後續,團隊將在前期搭載試驗的基礎上繼續改進和優化方案,除了顯著提升落區安全性外,還將拓展火箭在內陸發射場發射的任務剖面和使用性能,提升火箭的運載能力。後續,一部還將實現產品的批量化、低成本生產和可靠性提升,從而具備落區控制裝備化的基礎和條件,大幅提高運載火箭子級分離體的落區安全性。


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