毫秒必争,为航天员铺就回家坦途
本文转自:文汇报
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在圆满完成各项试验任务之后 , 航天员翟志刚、王亚平和叶光富结束了183天的太空生活 , 于4月16日安全返回地球 , 这也是中国航天员在太空驻留时间最长的一次 。能够安全返回地球 , 中国航天科技集团八院动力所研制的着陆反推发动机功不可没 。它们在返回过程中同步点火、稳定控制 , 护航神舟十三号航天员乘组平安“回家” , 再一次书写了我国载人航天事业的辉煌篇章 。
模拟有方大考不慌
着陆反推发动机是神舟十三号飞船上的重要设备 , 是决定航天员能否安全回家的最后一棒 , 也决定着飞行任务的最终成败 。着陆反推发动机能否成功点火 , 能否正常工作 , 关系到返回舱中我们的航天员能否安全回家 。自1994 年加入中国载人航天工程研制队伍以来 , 中国航天科技集团八院动力所就一直致力于反推发动机的研究 , 拥有坚实的技术基础和丰富的研制经验 。“这是我们的发动机在轨时间最长的一次 , 我们必须确保发动机的高可靠性和高安全性 , 从而保证飞船返回舱走稳归航路 。”谈起与前几次任务的不同时 , 所项目指挥孙福合说 , 从神舟十二号的33天到神舟十三号的183天 , 超长时间的太空待机将给发动机带来极大的挑战 。
太空环境复杂 , 着陆反推发动机随返回舱升空后将经历长时间太空绕行、下降返回等多次复杂的环境考验 , 对发动机的环境适应性要求极高 。“虽然我们有着研制着陆反推发动机的深厚基础 , 对相关的结构也都再熟悉不过了 。但尽管如此 , 我们还是给发动机罗列了所有可能会遇到的环境条件 , 并为其策划了全面的考核试验 , 以此来确保发动机在运输、装卸、贮存、使用过程中的结构完整性和可靠性 。”孙福合说 。“针对外太空复杂严酷的环境条件 , 我们必须要考虑得再深入一点 , 验证得再充分一点 , 这样我们的航天员就能更多一分安全 。”发动机副主任设计师何鹏说道 。
为适应在轨飞船的空间环境 , 设计师们对发动机进行了严格的环境模拟试验;为了确保发动机点火的安全可靠 , 进行了安全裕度验证试验;为了确保发动机的高可靠性 , 进行了发动机的高温烤爆试验 。热真空试验、加速度试验、振动学试验、湿热试验……顺利经历过一场场苛刻“模拟考”的发动机最终在“大考”上发挥出色 , 顺利完成了任务 。
毫秒必争稳稳落地
返回舱的着陆过程对于航天员来说也是个不小的挑战 。在经历灼烧、黑障、开伞减速等程序后 , 返回舱仍然有近每秒9米的速度 。而此时航天员是背部朝下面朝天坐在返回舱里 , 如此高的着陆速度将损伤航天员的颈椎 。为了确保他们的安全 , 必须进一步降低冲击 。而这一关键的“刹车”过程就将由4台反推着陆发动机完成 。失之毫厘 , 谬以千里 。返回舱的这脚“刹车”踩早了不行 , 踩晚了也不行 , 只有时机和时长分秒不差 , 才能确保返回舱体平稳、安全落地 。为此 , 动力所的设计人员设计了一套精彩的“刹车”动作:在返回舱距离地面1米时 , 4台反推着陆发动机必须在 10 毫秒内同时点火 , 大量燃气的积聚将在燃烧室内形成高压 , 最终从尾部的喷口中喷出 , 以反推力来减缓降落速度 。
别看这四台发动机的个头和重量都不大 , 每台都能在瞬间产生大约3吨的巨大推力 , 4台一起工作 , 就有十多吨的推力 。这股巨大的反推力有效地抑制了返回舱的下坠势头 , 大大降低了飞船的下降速度 , 减轻了航天员着陆过程中受到的过载冲击 , 提高了返回舱降落过程中最后一个环节的安全性 。
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