降落伞在航天工程中的应用

温亮

摘要：航空航天技术的飞速发展，从卫星发射到载人航天一步步得以实现。在助推火箭和飞船载人舱的返回着陆过程中，降落伞回收系统起了至关重要的作用，是整个航天活动成败的关键。因此，发展回收降落伞技术已经成为航天工程中的一个重要课题。本文概括阐述了降落伞在载人飞船领域的应用。其主要分析有两方面：一方面主要分析了我國神舟六号载人飞船降落伞系统、回收过程中的着陆减速方法和正常着陆工作程序第二方面分析了降落伞在贵重仪器设备回收过程中的方案设计及回收工作程序。文中还介绍了国外利用降落伞回收的经验教训。

关键词：航天工程；降落伞；回收

1.绪论

降落伞，俗称“保险伞”，亦称展开式空气减速器，是利用空气阻力使人或物从空中缓缓向下降落的一种器具，自1797年降落伞出现以来，在研究人员的不懈努力下，全世界已经制造出数十种不同型号的人用和物用降落伞。广泛应用于航空航天、货物传送和体育运动等领域。

随着航天技术的飞速发展，从上个世纪60年代末期开始，人类开始乘坐航天器走向太空（自1961年4月12日开始加加林乘东方号飞船做首次载人飞行以来，俄罗斯共发射载人飞船91艘，美国发射发了35艘。我国也于2003年10月15日和2005年10月12日连续发射了神舟五号、六号载人飞船）。返回舱的安全回收已成为一个不可缺少的环节，是航天活动成败的最后的标志。利用降落伞的稳定作用，是这一过程的关键所在，对保证飞船安全着陆有十分重要的作用。国际上都是采用降落伞作为返回舱的减速回收设备。美国“水星”号飞船是采用一具大面积的主伞回收乘有宇航员的再入舱的，并且还配备有一具应急回收伞；中国“神舟”5号、“神舟”6号飞船再入舱的回收，都是采用一具面积为1200平方米的主伞减速的；美国“阿波罗”号飞船着陆系统采用三具面积小点的主减速伞回收宇航员和再入舱的。另一方面，随着高科技的发展，现代战争武器体现的科技成果也往往是最前沿的，因此价格也十分昂贵。如果利用降落伞对其作回收处理，使之重复利用，能达到节约战争损耗的目的。

下面将分别介绍降落伞在载人飞船领域和贵重仪器设备回收过程中的应用。

2.降落伞在飞船返回舱中的应用

近代我国航天技术飞速发展，成功实现了载人航天。（如2003年10月15日发射的神舟五号、2005年10月12日发射的神舟六号载人飞船）返回舱和助推火箭的回收，已成了不可缺少的一个环节，而且也是航天活动成败的最后标志。而降落伞的稳定作用是这一过程中的关键所在，对保证飞船安全返回有着十分重要的作用。

2.1 降落伞在神舟六号载人飞船回收过程中的应用

神舟六号采用的是世界上面积最大的降落伞，面积为1200平方米，比俄罗斯现在使用的“联盟—TMA”飞船降落伞还大200平方米。如此巨大的降落伞，除了保证飞船有良好的减速效果，还便于空中和地面搜救人员及时发现正在降落的飞船，从而能够声速组织和开展救援行动。如果没有降落伞，3.2吨重的神舟六号飞船返回舱将以每秒200米的速度冲向地面，如果不进一步采取减速措施，返回舱将以极快的速度冲向地面，其后果不堪设想。为保证飞船返回舱的安全回收，这时就需要使用降落伞把飞船的速度不断地降下来，最后达到安全着陆的速度。另外，降落伞还能使舱在激烈的大气流中避免摆动、旋转甚至翻滚，确保航天员的安全，保证整个返回系统的安全顺利地回收。因此，我国航天工程着陆总设计师侯鹰说：“降落伞是飞船和航天员降落时的‘保护伞。”

2.2 国外利用降落伞回收的经验和教训

俄罗斯（苏联）共研制了三个系列飞船：东方号、上升号和联盟号系列，美国也是三个系列：水星号、双子星号和阿波罗号系列。在载人航天技术上，俄罗斯领先于美国。自首次载人航天成功以来，俄罗斯一共发射了91艘载人飞船，美国是35艘。利用降落伞回收返回舱，保证了数百位航天员的安全，因此在降落伞设计技术上高于我国，我们在积极研究自己的回收用降落伞的同时，可以借鉴国外的先进技术，为我所用。

历史上曾发生过因降落伞打不开而造成飞船失速的悲惨事故。教训是深刻的，损失是严重的。1967年4 月23日，当地时间上午5时55分，前苏联宇航员科马罗夫乘“联盟一号”飞船飞行，在返回时，由于飞船姿态控制系统发生故障，姿态失控，飞船以弹道式再入。返回舱在旋转和颤动的情况下打开减速伞。又因伞舱变形，卡住主伞伞包，在减速伞分离后，不但拉不出主伞，其自身也无法解脱。虽然启用了备份伞，但无济于事，备份与减速伞缠绕在一起。使飞船以每秒100多米的速度冲向地面，飞船坠毁，宇航员科马罗夫当场遇难，成为人类历史上第一个空中遇难牺牲的宇航员。事发后，前苏联不得不对“联盟号”飞船进行改进，重新设计了一套备用降落伞和一个脱伞装置。

3.降落伞在贵重仪器设备回收过程中的应用

利用现有回收技术的成果，对贵重仪器的飞行轨迹和内部许用空间进行分析研究。于是，提出了使用降落伞减速，并用减震针作为入地缓冲的回收方案设想，以期达到对贵重仪器设备可再次使用的目的。降低对资本的损耗。如我们航天飞机的助推火箭和贵重导弹仪器舱都可用此方法回收。

3.1 降落伞回收方案设计

3.1.1 开伞方式

由于仪器设备在开伞阶段姿态不稳定，很可能处于逆气流状态下开伞。因此，必须采用弹射筒作为开伞装置，令伞系统强行拉直。

如果仪器设备小头朝前，攻角在正负5度范围内飞行，假设伞包弹射运动轨迹为直线形。那么，将可能出现盖帽现象，即降落伞拉直后又被迎面气流顶回，伞衣盖住回收舱而影响正常开伞。因此我们必须设计合理的稳定系统。但实际中由于伞包弹离弹射筒后，做变质量运动，一直受侧向力影响，受到一个强大的转动力矩，使伞包的运动轨迹为弧线形，因此发生盖帽的可能性比较小。

3.1.2 开伞高度

根据仪器设备不同高程，计算它到达极限速度的高度，根据实验确定降落伞的最低安全开伞高度，测量出着陆场海拔高度，由此计算并确定出开伞高度，可以获得较大的开伞高度允许偏差范围，然后再装定开伞控制程序。

3.1.3伞衣面积与着陆速度

由于受仪器设备内许用空间容积的限制，降落伞阻力面积不能一味的增大，只能按给定的容积进行设计。

据有关资料显示，当仪器设备重量固定时，伞衣面积增加到一定量值时，再增加伞衣面积，其减速效果就不太明显。再依据仪器舱内许用空间有限，因此我们可以设计出一合理的降落伞供贵重仪器设备回收使用。endprint