中国火箭残骸落区控制更准了

6月3日,由中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院抓总研制的长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心起飞,将风云四号02星准确送入预定轨道,发射取得圆满成功。

不少航天爱好者发现,此次发射的长三乙运载火箭有一枚助推器跟其它3个长得不太一样——身上多了“两道杠”,头上还有一顶“黄帽子”。

这个助推器有何与众不同之处?据了解,这是本次火箭发射的“彩蛋”——在第二个助推器上搭载了“伞降落区控制系统”。这一系统能够实现火箭子级残骸的精准降落,让助推器稳稳地回归地面。

何谓伞降落区控制?据专家介绍,伞降落区控制系统是为了控制火箭助推器的落点位置更精确,让内陆发射场发射运载火箭的子级残骸落区更安全的一种做法。

长三甲系列运载火箭副总设计师胡炜介绍,每次发射,设计师会根据火箭弹道计算各个子级的落区,据此开展落区安全控制工作。有时为了确保预定落区,还会修改火箭飞行弹道、时序,导致运载能力降低。火箭子级落区虽然使用频率不高,但如何尽可能缩小落区的范围,减少对落区正常生产生活的干扰,一直是科研人员的追求目标。

长三甲系列运载火箭总体副主任设计师张亦朴说,伞降落区控制系统安装于助推器头锥内部,助推器与火箭分离后沿向上的抛物线惯性飞行,当落至预定的海拔高度时,助推器伞降落区控制系统启动,先后弹出两级降落伞用于姿态控制和速度降低,最后展开可控翼伞助推器机动飞行,将助推器导引至预定的区域降落,从而实现火箭助推器落点的精确控制。

伞控系统总体设计师张普卓介绍,用翼伞方式控制落区技术,过去多应用在航空领域,对于火箭助推器来说,在分离后姿态不稳定的条件下,如何实现安全结构分离、安全开伞,并且在开伞之后使伞不受破坏,有相当大的难度。

在这次长三乙火箭飞行任务中,中国首次完成了基于300平方米(国内最大面积)可控翼伞的助推器落区控制飞行搭载,验证了具备将落区面积减小到30%的能力。助推器与芯级分离后,实现了高动态下的卫星导航连续定位,在预定高度执行了各项关键动作。最终,在翼伞的作用下,按预定的归航策略向目标机动点飞行,试验获得圆满成功。

胡炜说,这是全球采用翼伞控制圆满归航的最重的火箭分离体,试验获取了落区控制系统的全部飞行数据,为后续伞降落区控制技术工程应用以及火箭残骸落区安全性的提升提供重要参考。

这次搭载飞行的成功,设计人员突破了伞降落区控制总体设计技术、大面积可控翼伞总体设计技术、高动态下组合导航技术等关键技术,验证了基于翼伞的助推器落区控制技术的可行性,为该技术的后续工程应用打下了坚实的基础。

据了解,此次发射使用的助推器伞降控制系统由火箭院总体设计部抓总研制,伞系统由北京空间机电研究所研制。在火箭分离体落区控制技术方面,火箭院先后突破了一子级栅格舵落区控制技术和助推器伞降落区控制技术,为未来实现子级可控回收、垂直返回等新技术奠定了重要的技术基础。

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