6月3日，中國航天科技集團有限公司長征三號乙運載火箭成功發(fā)射風云四號B星不久后，又一個好消息讓大涼山深處的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心再次熱鬧起來：我國成功實現(xiàn)國際首次火箭助推器落區(qū)安全控制飛行驗證。

據(jù)悉，在本次長三乙火箭飛行任務(wù)中，首次搭載了300平方米可控翼傘，大型翼傘攜帶助推器按照歸航程序操縱控制并安全著陸，標志著我國具備了4噸級載荷的可控回收能力。

“這也是全球采用翼傘控制圓滿歸航的最重的火箭分離體，試驗獲取了落區(qū)控制系統(tǒng)的全部飛行數(shù)據(jù)，為后續(xù)傘降落區(qū)控制技術(shù)工程應(yīng)用，以及火箭殘骸落區(qū)安全性的提升提供重要參考?！遍L三甲系列運載火箭副總設(shè)計師胡煒介紹。

“實質(zhì)上是一個可控的飛行器”

發(fā)射前夕，矗立在塔架上的“金牌火箭”看起來與往常有些許不同，其中一個助推器上多了“兩道杠”，還頂著一個黃色“小帽子”。

正是在該助推器上，搭載了由一院總體設(shè)計部抓總研制的傘降落區(qū)控制系統(tǒng)。其中，傘系統(tǒng)由五院508所研制。

傘降落區(qū)控制系統(tǒng)有三級，包括穩(wěn)定傘、減速傘和翼傘，翼傘是核心。前面兩級的作用是穩(wěn)定和減速，為翼傘創(chuàng)造一個比較好的開傘條件。

“翼傘就像翅膀一樣，實質(zhì)上是一個可控的飛行器，能滑翔和可操控?！?08所助推器大型翼傘回收系統(tǒng)項目技術(shù)負責人滕海山說。

據(jù)介紹，傘系統(tǒng)也叫翼傘精確回收系統(tǒng)，與神舟飛船、新飛船的回收系統(tǒng)相比，最大的區(qū)別在翼傘上。

任務(wù)中，當翼傘打開時，實際上它的工作才開展了一半，最終目標是通過自主歸航將助推器等載荷控制到預(yù)定的落點，實現(xiàn)精確回收。

在這次搭載驗證中，300平方米的翼傘是目前我國在研最大面積翼傘，重量足足有一百六七十公斤，規(guī)范完成了展開、歸航、避障3個動作。該系列動作也是判斷本次飛行驗證成功的重要依據(jù)。

要把又大又重的傘裝在火箭助推器上的狹小空間內(nèi)，操作已經(jīng)不易，更難的是要讓它能夠順利展開并進入滑翔狀態(tài)。

傘控系統(tǒng)總體設(shè)計師張普卓介紹，對于火箭助推器來說，在分離后姿態(tài)不穩(wěn)定的條件下，怎么實現(xiàn)安全結(jié)構(gòu)分離，安全開傘并且打開之后使傘不受破壞，有相當大的難度。

據(jù)了解，展開時要先拉出傘繩，然后再拉出傘衣。但翼傘與普通傘的構(gòu)造不同，翼面為矩形，傘繩長短不一，在展開過程中，弦向（縱向）和展向（橫向）兩個方向的展開不一定同步，這就必須有一個耦合的過程，需要通過先前反復迭代的模型進行復雜計算。

避障能力則體現(xiàn)在比較具體的方面，比如一些村落的人口聚集區(qū)、水庫等，軟件上事先設(shè)定好這些需要被保護的目標點，在下降過程中能夠自動避開。

本次驗證中，2700公里范圍內(nèi)共設(shè)置了21個避障區(qū)， “這次實現(xiàn)得相當完美，離得最近的避障點有10公里~12公里?！彪Ｉ奖硎?。

在這次長三乙火箭飛行任務(wù)中，助推器與芯級分離后，實現(xiàn)了高動態(tài)下的衛(wèi)星導航連續(xù)定位，在預(yù)定高度執(zhí)行了各項關(guān)鍵動作。

最終，在翼傘的作用下，助推器按預(yù)定的歸航策略向目標機動點飛行，試驗獲得了圓滿成功。

火箭殘骸落點精準控制迫在眉睫

傘降落區(qū)控制系統(tǒng)的成功驗證，為中國航天創(chuàng)造了又一個“國際首次”，是火箭助推器精確回收領(lǐng)域的重要里程碑，也為后續(xù)火箭分離體精確回收和可重復使用提供了有力支撐。

通俗來講，未來該系統(tǒng)能夠讓完成發(fā)射任務(wù)的火箭殘骸在可控制的狀態(tài)下降落，以便于落在更合適的安全區(qū)域，盡可能減少對落區(qū)的影響。

火箭殘骸落區(qū)安全控制是各國進行航天發(fā)射時都要面臨的問題。宇航發(fā)射前，一般會確定火箭殘骸落區(qū)范圍，通常選擇人口稀少的地區(qū)。執(zhí)行發(fā)射任務(wù)前，有關(guān)部門會向航區(qū)、落區(qū)發(fā)布通知，進行人員疏散等準備工作。

事實上，雖然劃定了落區(qū)，但這個落區(qū)范圍較大，涉及的疏散人員比較多。火箭發(fā)射分離后，鑒于當時的速度位置以及風力等因素，并非完全受控。

此外，近年來落區(qū)周邊的人口和設(shè)備設(shè)施愈發(fā)密集。在高密度宇航發(fā)射的背景下，落區(qū)精準控制迫在眉睫。

據(jù)了解，傘降落區(qū)控制系統(tǒng)主要針對我國發(fā)射頻率最高的長三乙火箭助推器落區(qū)控制與回收而研制。

從“十二五”開始，508所先后完成了助推器縮比模型80平方米翼傘的設(shè)計和驗證。 “十三五”期間進行了全尺寸助推器翼傘回收技術(shù)的攻關(guān)，歷時5年，通過多架次翼傘拖曳試驗、高塔投放試驗、空投試驗等，突破了大型翼傘的氣動結(jié)構(gòu)設(shè)計、鏈式收口技術(shù)，以及線目標、多目標歸航及避障控制等多項關(guān)鍵技術(shù)。

“目前正在研制用于整流罩上的相關(guān)產(chǎn)品，下一步要追求的目標就是優(yōu)化結(jié)構(gòu)，進一步實現(xiàn)減重。”滕海山表示。

未來，大型翼傘精確回收技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)運載火箭助推器、整流罩的落區(qū)控制和回收，還在重型救災(zāi)物資空投、艦船補給等方面也有廣泛的應(yīng)用前景，實現(xiàn)更加精準的投放。

隨著技術(shù)更加成熟，未來的可重復使用返回式衛(wèi)星等都可采用翼傘回收系統(tǒng)實現(xiàn)精確回收。（鄭恩紅）