20年5月5日是继19年12月27日长征五号火箭'王者归来'成功发射升空后,长征5号运载火箭的发展型号,长征5号B运载火箭也在中国航天工业此前两次运载火箭发射任务接连失利的阴霾背景下,不负众望的完成了该类型火箭的首次发射任务。
长征5号B运载火箭的成功升空不仅为2020年的中国航天开了个好头,和火箭一同被发射升空的新一代载人实验飞船和柔性充气式实验返回舱亦担负着帮助中国航天验证多项创新技术的重任。
不过,令人十分惋惜的是,新一代载人实验飞船虽然成功进入轨道,但是在5月6日下午中国载人航天工程办公室说,新型柔性充气式实验返回舱在返回回收过程中出现异常,目前有关机构已经对该实验舱完成回收,同时分析相关返回实验数据和返回异常原因。
值得一提,在2018年5月,中国航天科技集团五院508所曾圆满完成过新型充气实验返回舱相关返回回收减速技术的相关飞行测试实验。那么,问题就来了,为什么这次我们却未能圆满完成柔性充气式返回舱的再入回收实验?难道是因为技术还不成熟吗?
想要知道失利原因,我们就必须先知道什么什么是柔性充气式返回舱。众所周知,返回舱是人员、探测器和货物从太空返回地球以及降落在其他星球的重要载具。一般来说,为了提高返回舱的着陆回收成功几率,各主要航天强国设计制造的返回舱都会在返回舱上设计安装降落伞或者反推火箭,以降低返回舱的着陆速度,减少返回舱着陆时的巨大冲击力。
我国长期以来和俄罗斯一样,主要通过单降落伞+反推火箭的方式在陆地上回收返回舱。这种组合的优点是返回舱的最后触地速度相对较低,而且可以在一定范围内精确回收,十分适合国土范围内有大面积'无人区'的中俄。缺点是返回舱反推火箭的减速过程相对来说十分突然,这导致返回舱即使最后接触地面的速度非常低,但是返回舱着陆的冲击力依然相当高,这种情况在中国首名返回地球的宇航员杨利伟身上有非常明显的体现,杨利伟因为返回舱接触地面所带来的巨大的冲击力,他在出舱后的短时间内几乎不能站立,这和美国宇航员从返回舱内出来后可以随意走动接受采访和拍照形成了鲜明对比。
而美国则主要利用多降落伞组合,通过降落伞的巨大空气阻力使返回舱在降落的过程中缓慢减速在海面上着陆,这种降落方式的优点是减速过程更顺滑,且有海水提供缓冲,着陆的冲击力对飞行员和货物的影响较小。缺点是回收容易受到复杂环境的影响,降落范围也比较大,不过得益于强大的美国海军的存在和掩护,降落地面不可控也只是瑕不掩瑜。
除了以上两种降落方式,目前国际上还有一种瞄准货物返回和人员紧急从太空返回的新型再入减速方式,也就是之前提到的柔性充气式减速技术。通过在返回舱内安装柔性结构,可进行连续展开的充气式外层能在返回舱返回地球的时候极大的增大返回舱阻力面积,起到降落伞的作用降低返回舱的载入速度,并利用充气式外层提供降落缓冲,由于不需要复杂的降落伞和反推火箭,回收成本较低,回收利用率更高,柔性再入减速技术正在被越来越多的国家应用在货物返回舱上。
目前,美俄日德在柔性返回舱的设计制造和实验上都有不小的成就,以离我们最近的日本为例,日本MAAC项目团队在2009年8月和2012年8月先后圆满完成柔性充气式返回舱原型在25km海拔高度和柔性充气式返回实验舱在亚轨道的投放试验,但也就止步于此,因为日本明显没有类似的强烈太空需求。
相对的,我国第一次柔性充气式返回舱原型虽然实验成功,但是第二次就尝试从近地轨道回收柔性充气式返回实验舱明显步子跨的太大,柔性充气式返回舱对柔性展开结构,材料耐温性以及整个系统的协调都有极高的技术要求,美俄发展数十年也才刚刚进入太空返回实验,假如我们能和美俄日等国一样循序渐进稳扎稳打,相信我国的柔性充气式返回舱,也能和其他高端的技术军事武器一样,后来居上的实现对美俄等国家的弯道赶超!
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