5月8日下午,三朵巨大的红白“伞花”在酒泉东风着陆场上空盛开,仿佛按下慢放键,新一代载人飞船试验船返回舱缓缓降落。随后,6个气囊打开,落地缓冲,返回舱平稳着陆。13时49分,新一代载人飞船试验船返回舱成功降落在东风着陆场预定区域,试验船飞行试验任务圆满成功。中国载人航天事业开启新篇章。

载人飞船试验船返回舱成功着陆 这些材料黑科技被刷屏了

据航天科技集团第五研究院专家向《环球时报》记者介绍,经过任务验证,新一代载人飞船试验船的主要技术指标已达到国际先进水平。与国际先进天地往返航天器相比,我国新一代载人飞船的能力毫不逊色,具备适应多任务需求能力、更大的轨道机动能力、兼顾陆上和水上着陆能力等。试验船飞行任务的圆满成功,标志着我国新一代载人飞船已具备雏形。后续研制单位将结合任务需求,开展新一代载人飞船总体方案深化论证,尽快完善和研制具备高承载人数和货运运输能力、适应近地空间站和载人深空探测任务的新一代载人飞船,使我国载人天地往返运输技术全面实现由跟跑到并跑的跨越。


新加坡《联合早报》8日称,中国1992年制定了载人航天工程“三步走”的发展战略,其中第三步即建造长期有人照料的空间站难度最大,风险也最多,柔性充气式货物返回舱6日返回过程出现异常就说明了这一点。但以中国对航天领域的投入和已具备的技术实力,中国完成载人航天工程的第三步没有无法逾越的障碍。


法新社8日称,中国的太空计划发展迅速。美国智库国际预测公司的航天系统专家卡特·帕尔默说:“中国航天的未来取决于其雄心有多大,‘超越月球’将是可能的。”


现场确认舱体结构完好


5月5日18时0分,新一代载人飞船试验船搭乘长征五号B遥一运载火箭,从文昌航天发射场发射升空。在轨飞行2天19小时,试验船完成了多项空间科学实验和技术试验。昨天12时21分,北京航天飞行控制中心控制试验船完成返回制动,进入返回轨道。13时33分,服务舱与返回舱成功分离。13时49分,试验船返回舱安全着陆。搜救分队第一时间发现目标并到达着陆现场开展处置,经现场确认,舱体结构完好。


中国载人航天工程办公室介绍,新一代载人飞船是面向我国载人月球探测、空间站运营等任务需求而论证的新一代天地往返运输飞行器,具备高安全、高可靠、模块化、多任务、可重复使用等特点,可提高我国载人飞船的乘员人数和货物运输能力。试验船采用返回舱与服务舱两舱构型,通过配置不同的服务舱模块来适应近地空间和月球探测任务。


新一代载人飞船试验船由中国航天科技集团第五研究院抓总研制。2015年,中国航天科技集团五院就论证提出研制新飞船试验船开展高速再入飞行试验的方案。从2017年1月到2019年12月,五院完成了方案设计、产品研制、整船总装、综合测试、大型试验,突破了大量关键技术,从无到有打造出了承载新希望、开拓新“天路”的新飞船试验船。


经过此次任务验证,新一代载人飞船试验船的主要技术指标已经达到国际先进水平,与国际先进的天地往返航天器相比,毫不逊色,具备适应多任务需求能力、更大的轨道机动能力、兼顾陆上和水上着陆能力等。经过试验船对关键技术的验证,未来的新一代载人飞船将在可靠性、安全性、舒适性、经济性以及智能化程度等方面有大幅提升。


试验船飞行任务的圆满成功,标志着我国新一代载人飞船已具备雏形。后续五院将结合任务需求,开展新一代载人飞船总体方案深化论证,尽快完善和研制具备高承载人数和货运运输能力、适应近地空间站和载人深空探测任务的新一代载人飞船,让中国人探索太空的脚步迈得更稳更远。


新飞船更安全更舒适


安全性方面,技术人员通过高性能计算机和敏感器的“组合拳”,使新飞船具备自主应急入轨、自主轨道抬升、自主升力控制等功能,可以快速、从容应对各类突发事件;采用了两具减速伞和3具主伞组成“群伞减速”回收方案,并在备份上进行了科学设计,即使是一具减速伞或主伞失效都能保证舱体减速着陆。多道“保险”确保航天员安全。


舒适性方面,为让航天员在太空工作得顺心、住得舒心,五院技术人员充分利用新一代载人飞船舱内空间大的优势,在舱内装饰、设备布局、人机交互界面、整船载人环境设计等方面下足功夫,在返回舱内设置了工作区、娱乐区、餐饮区以及独立卫生区,鲜明的功能分割能让航天员快速找到“家”的感觉。技术人员还在舱内专门配置了生活娱乐大屏,并为航天员配置了穿戴式显示仪表,让航天员时刻了解飞船的健康状况。


为了降低进入太空的成本,新一代载人飞船的返回舱被设计成可重复使用,如星敏感器、计算机等一些高价值的设备,经过优化设计由服务舱调整至返回舱安装,这样就可以随返回舱返回后进行回收利用。同时,返回舱外包覆了我国自主研制的新型轻质防热结构,执行完任务后只需更换轻质防热结构,经过规范严格的检测,就可以再次执行载人航天飞行任务。



完美验证七大关键技术


中国航天科技集团第五研究院介绍,这次任务主要目标为验证新一代载人飞船方案的正确性。从5月5日成功发射,到5月8日安全返回,试验船表现完美。技术人员最关心的、关系到任务成败的7项关键技术一一得到验证,为下一阶段的新飞船研制指明了方向,未来的新一代载人飞船将在可靠性、安全性、舒适性、经济性以及智能化程度等方面有大幅提升。


一.国际推力最大的单组元无毒发动机首秀成功


该发动机使用的HAN 推进剂具有无毒、无污染、低冰点、密度大、比冲高和使用维护成本低等优点,后续将全面替代现有推进剂,进一步提高航天员的安全性。


二.最大容积表面张力贮箱表现完美


此次试验首次采用了国内目前空间飞行器用的最大容积表面张力贮箱。这一贮箱采用铝合金内衬+复合材料缠绕结构,装载量更多,能为试验船提供更大的轨道机动能力。在轨飞行期间,试验船轻松完成了多次变轨,进入了大椭圆轨道,为大再入角高速再入返回创造了充分条件。


三.更加全面的综合电子系统不负所托


任务过程中,该系统出色完成了整船总线管理、时间系统管理、数据存储、触点信号处理,以及热控管理等功能,让飞船的运行更高效。


四.更加智能的自主轨控技术发挥出色


在轨运行期间,姿控发动机进行姿态控制,保持了三轴对地姿态以及变轨和制动期间的姿态稳定性;轨控发动机实现多次变轨,并成功执行返回制动,精准操控着试验船完成太空飞行。


五.首次采用的新型防热结构与材料经受考验


整个防热结构在重量同比降低超过30%的基础上,保持了极高的防热效率。采用的新型轻质防热材料不仅承受住了再入返回过程中上千度的高温烧蚀,守护了返回舱的安全。而且防热结构首次采用可拆卸更换设计,能够有效提高可重复使用率。返回后只需进行一次“体检”,更换一套新的防热结构,返回舱就又能投入下一次任务。


六.首次采用群伞气动减速和气囊着陆缓冲技术护航“回家”


返回舱进入大气层,到达指定高度后,2具减速伞和3具主伞依次打开,成功将返回舱的速度从“飞机飞行速度”降为“汽车市区行驶速度”;落地之前,6个气囊充气打开,帮助舱体平稳“软着陆”,最大程度保证了返回舱的安全、完整回收。


七.量身定制在轨数据获取系统为未来研制提供科学支撑


任务期间,该系统通过多种传感器网络,获取了船箭分离冲击载荷,以及运载发射、在轨飞行和返回着陆过程的载荷环境;通过测量返回舱大底和侧壁表面特征点的压力和温度,获取了返回舱高速再入过程的气动力和热特性参数。这些宝贵数据都将为新飞船后继型号研制优化提供重要参考。


成功发射的背后,有着哪些了不起的化工黑科技?今天我们一起来了解一下。


01、气凝胶隔热毡


“胖五”作为中国最大推力的运载火箭,发动机在运行过程中,燃气管路的工作温度高、空间狭小、结构复杂,产生的大量余热可能导致周边电子电器发生故障。


中国航天科工三院306所研制的高性能纳米气凝胶隔热毡产品成功解决了这一问题。相关产品继2016年11月随“胖五”成功首飞后,再次应用于该火箭发动机燃气系统、隔离气瓶和氧涡轮,以其轻薄的身形、优异的隔热性能有效隔绝了发动机产生的热能,保护了燃气管路周边的电子电器。

载人飞船试验船返回舱成功着陆 这些材料黑科技被刷屏了

▲ 铺敷在燃气管路外的气凝胶材料构件


气凝胶是一种具有纳米孔结构的轻质材料,被科学界誉为“改变世界的神奇材料”。其特殊的结构为气凝胶带来了独特的性能:它的密度极低,甚至比同体积的空气更轻;它的比表面积很高,比方说,1克气凝胶的表面展开面积可达到1000平方米。这样特殊的结构,使得气凝胶的热导率为静止空气的一半,是目前已知热导率最低的隔热材料。


02、火箭箭体表面的特殊涂层


在“胖五”火箭的研制中,针对海南发射场年均温度高,太阳辐照强,湿度大,盐雾腐蚀等大气环境及气候、气象特征,为了解决火箭箭体表面带的黄变、涂层老化等问题,中国航天科技集团公司一院703所开展了箭体外表面防静电不黄变防护涂层工艺改进研究,该所研制的新型防护涂层防静电、反射率和环境防护等性能,基本达到国外阿里安系列火箭箭体外表面涂层的防护水平。


针对“胖五”火箭箭体不同部段应用环境要求,703所研制出新型的白色防静电涂层。


该防护涂层实现了防静电、高反射(白色)、高耐候、三防及力学等多种功能的兼容匹配;解决了现役火箭箭体外表面涂层耐候性差、易黄变的问题,并弥补了其功能单一、环境适应能力差等缺点。


03、涡轮泵密封动环涂层材料


中科院上海硅酸盐所科研人员研制的耐磨涂层及多种材料成功应用于长征五号运载火箭用液氧/煤油高压补燃发动机,以及由远征二号上面级和实践十七号卫星组成的载荷组合体。


“胖五”火箭助推器采用了中国具有自主知识产权的8台新型120吨级液氧/煤油高压补燃发动机。发动机中承载高速、高压、强氧化、大热冲击等苛刻摩擦工况条件下的动密封尤为重要,是该发动机研制的技术关键之一。此前,国内尚无满足要求的动密封配对摩擦副材料。


因此,上海硅酸盐所科研人员针对液氧/煤油发动机涡轮端动密封的服役工况,采用耐磨涂层方案,通过涂层材料导热性能与微结构的设计优化,突破了力学性能、抗热冲击性能、模拟实用工况的耐磨性能评估及制造工艺优化等关键技术,满足涡轮端动密封的全部技术要求。


在“胖五”火箭采用的120吨级液氧/煤油高压补燃发动机上,上海硅酸盐所研制的涡轮泵密封动环涂层材料获得成功应用。


04、无毒无污染液体燃料


火箭发动机是火箭的“心脏”,性能优良的火箭推进剂则是这“心脏”性能的关键。


“胖五”是冰箭,在它身体里流淌着-252℃液氢和-183℃液氧。


“胖五”也是“暖男”,身体里的液氢、液氧和煤油都是无毒、无污染的。


点火之后,它们通过“胖五”的“心房”(氢氧发动机和液氧煤油发动机),经过燃烧瞬间到达2000摄氏度以上,最后产生的都是“暖暖的”水蒸气和二氧化碳,绝对绿色、环保、无污染!


氢氧发动机和液氧煤油发动机是火箭发动机技术发展趋势之一,顺应了国际形势和国策要求,也符合国际运载技术的发展趋势。


液氢液氧带来了高性能,但它们极低的温度也给研制人员带来了不小的烦恼。


液氢温度低至-253℃,什么材料能经受住如此“极冻”呢?对氢氧发动机的研制来说,寻求适合的制造材料,本身就是一个难点,而且氢易燃、易爆,液氢稀疏,高压下极易泄漏,一不留神就起 火、爆 炸;再来说加工和装配,发动机零组件众多,在动态组件和静态组件之间存在一定的间隙,常温和低温下,随着组件材料的热胀冷缩,这些间隙也在发生变化,给这些零组件留好“三八线”,就要靠设计师们深入了解各种材料的“脾气秉性”了。


近两年来,航天六院的设计师们针对超临界问题深究不放,又在不断的试验和考核中,捉到了隐藏更深的“魔鬼”,研制队伍采取有效措施,消除隐患,为确保飞行成功铲除了心腹大患。

本文来源:北京日报,人民网,高分子科学前沿

免责声明

我来说几句

不吐不快,我来说两句
最新评论

还没有人评论哦,抢沙发吧~