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長征七號返回艙安全回家靠四個“小家伙”護航,上海制造!
2016年6月26日15時41分,一朵紅白相間的傘花在東風著陸場西南戈壁區絢麗綻放,搭載于長征七號運載火箭的多用途飛船縮比返回艙成功著陸。
澎湃新聞記者于6月30日從上海航天八院獲悉,這次返回艙完美“回家”,離不開上海航天人的辛勤付出。該院動力所研制的四臺固體發動機,在返回艙再入過程中可靠點火、穩定控制,為返回艙彈道式返回的精確著陸成功保駕護航,也為此次舉世矚目的長征七號發射任務畫上了一個圓滿的句號。
“此次發射不僅是長征七號的首飛,也是我們‘小家伙’的處女秀。”上海航天八院動力所發動機性能研究室主任楊敬賢說。他口中的“小家伙”是多用途飛船縮比返回艙采用的固體火箭發動機。
據了解,多用途飛船返回艙總質量約2600千克,高度約2.3米,最大外徑2.6米,采用返回艙和過渡段的兩艙構型。這型多用途飛船縮比返回艙是我國未來新一代載人飛船返回艙的雛形,瞄準的是我國未來載人深空探測,將全方位滿足后續在軌服務應用以及低成本天地往返運輸的使用需求。長征七號這次飛行試驗及其取得的試驗數據,將為我國新一代載人飛船的論證設計和后續關鍵技術攻關提供支持。
據楊敬賢介紹,作為多用途飛船縮比返回艙返回再入過程中的姿態控制發動機,為確保返回艙飛行過程的穩定性,首次上天的“小家伙”采用了自由裝填藥柱、多噴管的結構,并通過布局于返回艙錐面側的四臺固體發動機成對工作,是一個集結構緊湊、質量可靠、性能精度高、總沖精度高于一體的“完美小孩”。
這個“完美小孩”是動力所固體發動機首次用于空間環境點火工作,也是中國首臺將采用多噴管結構應用于空間環境的固體發動機。它的首飛成功,為多用途飛船縮比返回艙交上了一份完美的答卷,驗證了該發動機具備為多用途飛船縮比返回艙提供有效的再入飛行控制能力,也進一步推進了固體發動機在航天器產品中的應用。
楊敬賢表示,作為多用途飛船縮比返回艙彈道式再入返回、精確著陸的重要環節之一,此次“小家伙”的處女秀難度可想而知,對于研制團隊來說,用一句話來形容就是“緊張卻也放心”。
“任務中固體發動機的工作環境為再入變軌過程的空間環境工作,同時發動機位于返回艙的外側,一端暴露于太空環境,而且是多臺發動機同步工作,因此對發動機的空間點火性能、多臺發動機的同步點火性能以及發動機的耐空間輻射都提出了新的要求、新的難度。”楊敬賢說。
他笑稱:“我們的討論會就像吵架,工作就像戰斗。”在最艱難的攻關時間里,團隊成員日日加班,不斷找問題、講問題。針對于數十小時的飛行工況,提出了有效的空間布局及防熱和熱控要求,確保了發動機在空間服役狀態的質量穩定性;針對于真空點火要求,對多噴管采用先進的堵蓋結構形式,既有效控制了多余物的產生,又提高了發動機的氣密性能;針對點火同步性的需求,嚴格控制發動機點火器影響點火延遲特性固有參數的離散范圍,從而確保了多臺發動機工作啟動時間偏差在毫秒級;為確保多臺獨立的發動機在同步工作過程不出現推力不匹配的問題,團隊成員對發動機推進劑結構形式和質量實施了精確和嚴格控制。
楊敬賢說,沒想到這一“吵”便是三年。為了讓返回艙的“回家”之路安全可靠,八院動力所的團隊成員們經歷了無數次的方案研究、修改和試驗,最終克服了技術難關,確保了返回艙飛行過程的穩定性。





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