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專家揭秘:太空中飛行器如何“打水漂”?

  央廣網西昌10月23日消息(記者張棉棉)據中國之聲《新聞縱橫》報道,國防科工局昨天宣佈,我國探月工程計劃於10月24號至26號,在西昌衛星發射中心,擇機發射一顆飛行試驗器,首次實施再入返回飛行試驗。   那什麼是“再入返回飛行”?按照探月工程三期副總設計師郝希凡給出的解釋是,“再入返回飛行”好比咱們小時玩的“打水漂兒”。大概意思是,飛行器飛抵月球附近後自動返回,在返回地球過程中,飛行試驗器第一次進入大氣層後,經過跳躍式彈起一次,然後再次進入大氣層,從而增大飛行的航程,減緩飛行速度。   既然是返回了,不能直接回收嗎?幹嗎還要分兩次進入大氣層?這個“再入返回飛行試驗”對探月工程又有什麼意義呢?   據說這次試驗的目的是為嫦娥五號探路,為“月球取樣返回地球”打基礎。至於飛行器將如何完成這次任務?試驗難點又在哪兒?   當熱鬧的街市漸漸消失在土路的盡頭,在一片蒼翠的掩映下,一個一人多高的圍牆出現在記者面前,圍牆內是零星分散的一些只有最高只有四五層樓高的建築物,這裡就是位於我國四川省大涼山峽谷腹地中的西昌衛星發射中心。   計劃於2017年前後執行嫦娥五號任務將在實現無人自動採樣返回,為驗證相關技術,工程決定先期西昌衛星發射中心實施再入返回飛行試驗。在發射場,飛行試驗器已經靜靜的等候在火箭頂部的直徑四米的整流罩內,記者也沒能一睹它的“芳容”。不過,據飛行試驗器系統副總設計師張伍介紹,飛行試驗器由服務艙和返回器組成。服務艙和嫦娥二號非常相似,是一個規則的立方體,試驗核心的返回器有點類似於縮小版的神州飛船返回艙:   張伍:這個返回器它的外形跟神州飛船的返回艙這個外形是非常相似的,在大小大約是神州飛船返回艙的這個1/8左右的這個大小,它這個個子比這個飛船返回艙要小很多,因為這個任務和飛船不一樣,飛船裡面有宇航員乘坐要回來,我們將來是要裝月球樣品的。   在返回地面的過程中,試驗飛行器將以“半彈道跳躍式”再入返回。也就是飛行器第一次進入大氣層後,將提升高度,彈起一次,然後再次進入大氣層,返回地面。從而增大飛行的航程,減緩飛行速度。探月工程三期副總設計師郝希凡這樣解釋“彈道”的含義:   郝希凡:如果說一個飛行器它沒有升力,那麼我們一般就叫彈道式的,拋物線運動是我們最簡單的的彈道,所謂半彈道式就是我們返回去它就會具有一定升力的,那麼在飛行過程中它可以減緩過載。   而跳躍式返回,也就是這次試驗中最關鍵的技術,探月工程副總指揮劉繼忠將這個過程形容為“打水漂”,在大氣層中打水漂,對角度精度的要求不言而喻,如果再入角小了,試驗器就飛遠了,角度大了就可能沉下去,因此控制技術更為關鍵,最終目的是利用這一過程來釋放動能、減少再進入大氣層時的難度:   劉繼忠:在返回過程中,因為速度比較高,因為進入大氣層,這裡受到了一些環境的影響,因此就採取了一些減速的措施,俗話講就是小時候玩兒的打水漂。   這次試驗是我國航天器首次以接近第二宇宙速度返回地面,大約每秒將達到11.2公里,也就是“半秒鐘橫穿北京的十里長街”。郝希凡說,大氣層中的高速飛行試驗在地面很難完全模擬,因此,“試驗室”被搬到了天上,通過這次任務也將驗證我國在高速氣動力、氣動熱、熱防護、高精度制導、再入回收探測等技術方面的創新突破:   郝希凡:在地面模擬一個每秒11公里左右的飛行速度,是非常難的。要模擬高層大氣的真空度、化學反應,也是非常難的。在地面,只能做分別分項的試驗。我們總希望這麼難的事情,創造一次機會,完整地驗證一下,驗證地面工作人員的努力、認識、試驗和研製工作是不是對。  作為任務飛行器的守護者——承擔這次發射任務的火箭現在狀態如何?它又有哪些特殊之處?   執行此次任務的長征三號丙運載火箭、飛行試驗器等飛行產品自8月上旬陸續運抵西昌衛星發射中心後,相繼開展了總裝、測試等技術準備工作。從昨天開始,長征三號丙運載火箭開始加註推進劑。探月工程運載火箭系統副總指揮金志強介紹,此次選用的長征三號丙改進型火箭,在長度上比原有的長三丙更長,結構進行了加強,運載能力進一步提高:   金志強:長三丙設計之初是3.8噸,現在是改二就是3.9噸運載能力,運載能力提高了100公斤。由於嫦娥入軌精度的要求比較高,原來嫦娥二號用的長三乙的基礎上在入軌精度上做了提高。我們藉此機會,把可靠性進一步完善,使火箭的可靠性得到了提高。   針對此次發射任務,長征三號丙運載火箭進行了44項技術變化,其中28項將首次在火箭和地面上應用,這也將是我國長征系列火箭的第196次發射。金志強表示,為了確保質量,火箭在出廠時進行了26次總檢查,而通常總檢查的次數是7到14次。進入發射場後,火箭已經按照嚴格的操作流程進行了檢查、測試:   金志強:我們還是要把工作的流程進行梳理,就是要反反覆復把工作做實做細,現在火箭的狀態是非常正常的,我們在靶場,有496項預案,確保這次發射能夠準時發射、準確入軌。   如果一切順利,長三丙火箭將在點火升空後的1100多秒,也就是發射後的19分鐘,將飛行試驗器送入近地點200公里、遠地點41萬公里的地月軌道,完成它的使命。此後,飛行試驗器將獨自飛抵月球並自動返回,以接近第二宇宙速度進入大氣層,經跳躍式彈起後,再次進入大氣層,計劃最終在我國內蒙古中部地區著陸。  (原標題:專家揭秘:太空中飛行器如何“打水漂”?)  
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