中國航天成功試驗減速“神技”
中國航天科技集團五院508所正在研究一項“黑科技”。最近,該所開展了國內首次新型充氣式再入減速技術(IRDT)飛行演示驗證試驗,驗證了此項技術的工作原理、工作程序和多項關鍵技術。
這次試驗的飛行器呈“飛碟”狀,周身被厚厚的氣囊包裹。508所稱,IRDT技術基于空間充氣展開結構的設計理念,集成了再入減速過程中的熱防護、氣動減速、著陸緩沖、水上漂浮等功能,能夠實現航天器的承載、減速、防熱一體化設計,使其不再需要防熱大底、降落傘、緩沖氣囊等附屬設備。
航天專家龐之浩向科技日報記者介紹,美國曾開展過類似技術試驗,以期用于未來載人飛船或大型機器人登陸火星。但試驗并未完全成功。
火星大氣較為稀薄,能為航天器著陸前減速提供的阻力有限。龐之浩介紹,目前所有的火星著陸器都是采用剛性減速器和“盤—縫—帶”降落傘方案完成減速。2012年登陸火星的好奇號火星車是至今最重的火星著陸器,重約0.96噸,幾乎已達到該方案所能承受重量的極限,而未來載人火星飛船重量可能超過20噸,必須尋求更為有效的減速方案。
為此,美國國家航空航天局(NASA)安排了“低密度超聲速減速器(LDSD)”技術驗證任務。該技術由“超聲速充氣式氣動減速器”和巨型超聲速環帆降落傘組成。其中,減速器部署在碟形著陸器的外緣,受運載火箭整流罩尺寸限制,它原本呈收攏狀態,但是當著陸器以大約3.5倍音速下降時,它會迅速充氣,增大阻力面積,將下降速度降至2倍音速左右,達到降落傘安全展開條件。巨型降落傘重100公斤、直徑33米,面積幾乎是好奇號所用“盤—縫—帶”降落傘的2倍,而且開傘沖擊載荷小、穩定性更好。它能幫助著陸器減速至亞音速。
LDSD被一些專家譽為“能夠顛覆規則的技術”。美國佐治亞理工學院專家布萊恩認為,該技術能使人類將10倍于好奇號重量的載荷送到火星表面。2014年到2015年,NASA三次開展LDSD高空試驗,試驗減速器理論上可將火星表面軟著陸質量提高至2.7噸,但都因降落傘問題而失敗。不過,這些試驗仍獲取了大量重要數據,總體上證明了LDSD技術的價值。龐之浩表示,未來隨著該技術的發展,配合由四五個降落傘組成的多傘系統,有望使火星表面軟著陸重量提高到15噸。此外,該技術還能減少著陸器氣動減速的飛行距離、提高著陸精度,并有望實現高海拔地區著陸,增加火星的可探測區域。
對比中美兩國的相關技術,雖然名稱不同,但原理上頗有相似之處。據508所介紹,IRDT技術可應用于空間站及科學試驗衛星試驗品和貨物的快速下行、返回。記者此前從航天科工空間工程發展有限公司獲悉,我國正在基于空間充氣展開、柔性防熱、復合材料等技術,開發具有低成本、高承載比特征的新型空間貨物運輸飛行器,為空間貨物下行運輸,遠距離物資投送、回收等任務提供支撐,計劃于2019年完成首飛。此外508所表示,該技術也能為深空探測器安全著陸提供幫助。
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