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。
如同一套精彩的体操动作一样,平稳的下法是成功的标志。最终,这四台着陆反推发动机在预定时间毫秒必争、精准配合、同步点火,安稳又轻盈地着陆在预定位置。
作者:史博臻 费昱
编辑:杨柳
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