基于航天员自主识别与控制的回收着陆模式研究

为解决由于载人飞船回收着陆分系统自身故障导致无法启动回收着陆工作程序的问题,文章提出了一种基于航天员自主识别、判断和控制的回收着陆新模式。首先从手动控制工效学、航天员主观识别和判断的参考物以及手控指令发送的时机等三方面进行了可行性探讨,然后分析了工程实现的技术路径。结果表明:航天员可通过载人飞船仪表系统显示和语音播报的途径获取返回舱返回过程中的关键时间点信息,通过亲身感受返回舱有无弹盖开伞时的振动冲击、脉冲噪声和过载来判断返回舱是否完成了弹盖开伞动作;同时在天气晴朗时通过舷窗进行对地观测可初步估计返回舱离地高度;当判断回收着陆分系统自身故障无法启动回收着陆工作程序时,航天员可以进行手动控制发送手控指令以启动回收着陆工作程序。这种新模式不影响现有回收着陆工作程序的执行,可以消除回收着陆分系统自身故障导致无法启动回收着陆工作程序的风险,提高了弹盖开伞的可靠性。     

利用过载开关和程序控制器的航天器减速着陆系统开伞控制方法

开伞控制方法是减速着陆系统设计中的一个关键环节,它直接关系到减速着陆系统工作的成败。针对目前采用过载开关和时间控制器相结合的开伞控制方法工作模式单一的问题,提出一种利用过载开关和程序控制器的开伞控制方法,能够有效识别过载开关的不同故障模式,可靠地为回收系统提供开伞信号。文章给出了过载开关调试接通值、返回舱轴向过载系数等相关参数的计算方法,分析了轴向过载系数、开伞高度、附加过载等误差影响因素。某返回舱飞行试验结果表明:过载开关工作模式判断正确,开伞高度控制精度满足要求,开伞控制方法安全、可靠,具有一定的实用价值。     

国外新一代载人飞船减速着陆技术研究

新一代的载人飞船向着多功能化、多任务目标适应性的方向发展,可重复使用性和精确着陆的要求逐步提高。文章介绍了美国多用途乘员飞行器(MPCV)、乘员航天运输-100飞船(CST-100)、龙(Dragon)飞船,以及俄罗斯新型载人航天运输系统(PPTS)等典型的新一代载人飞船的减速着陆技术;主要研究了降落伞系统、减速着陆工作程序及着陆缓冲系统;分析了在气动减速和着陆缓冲方面采用的群伞技术、着陆缓冲技术、精确着陆控制技术;提出我国在新一代载人飞船研制时应大力开展群伞系统、大载重着陆缓冲系统的研制,并进行减速与着陆缓冲系统地面试验和空投试验技术的研究。     

索式火箭回收着陆系统缓冲装置设计与分析

针对索式火箭回收着陆系统中摩擦缓冲装置的缓冲能力和调节能力有限的问题,提出了一种基于最小二乘法和系统动力学特性的液压缓冲装置反问题设计方法。该方法通过对液压缓冲装置中控制阀凸轮外形和储能器初始压强的设计来调节着陆火箭运动学特性,使火箭按照特定的运动学特性在有限的缓冲位移内减速至静止稳定且缓冲加速度最小。对索式火箭回收着陆系统建立精准高效的多体动力学模型,并针对不同的工况进行仿真校验。仿真结果表明根据所提反问题设计方法设计的索式火箭回收着陆系统能够按照特定的运动学特性减速缓冲着陆火箭,具有较强的减速缓冲能力;针对不同质量和着陆位置偏差的着陆火箭,具有自动调整液压阻力保持火箭相同的运动学特性的能力。     

中国航天器回收着陆技术60年成就与展望

文章介绍了中国航天器回收着陆技术60年来的发展和取得的成就,包括在中国航天重大科研任务方面作出了杰出的贡献,自主掌握了核心技术,构建了完整的技术体系和产品体系。文章还根据中国航天事业发展形势对航天器回收着陆技术进行了展望,主要包括高超声速充气式再入减速技术、精确定点回收着陆技术等核心技术的发展,以及构建中国航天器回收着陆技术创新平台两个方面。     

减速伞收口状态气动特性仿真与试验研究

减速伞是回收着陆系统中重要的气动减速装置,其气动特性关系着整个减速着陆过程的成败。由于减速伞开伞动压高、载荷大的特点,结构设计及参数选择非常关键,并且,为减小开伞动载,一般采用底边收口的形式控制伞衣逐级充气展开。文章所述的减速伞具有两级收口装置,基于某伞型为带条伞的减速伞进行了收口状态的数值仿真分析和风洞试验研究。利用流固耦合方法获得了减速伞的收口展开过程中典型阶段的气动外形,采用计算流体力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)方法对收口状态下的减速伞进行了气动特性计算分析。同时,为考察减速伞收口状态的稳态阻力特性及收口解除过程中的阻力特性变化,并验证收口解除装置的工作可靠性,在亚声速风洞中对减速伞进行了稳态及动态解除收口试验。通过减速伞风洞实验,对其阻力面积及动态特性参数进行了测量,实验结果表明仿真计算能够较为准确的预测减速伞收口状态的气动及动力学特性,且误差不大于5%,从而能够为减速伞的结构及强度设计提供重要依据。     

航天器着陆缓冲气囊技术发展

文章简述了航天器着陆缓冲气囊的吸能工作机理,介绍了它的优点和局限性,结合数十年来缓冲气囊在航天器上的主要应用情况,归纳了着陆缓冲气囊的三种类型,包括排气式、密闭式和组合式,其中排气式气囊由被动排气发展为主动精确可控排气,并介绍了缓冲气囊的几种拓展应用方向.针对航天器缓冲气囊技术的发展,文章对可靠充气技术、高性能气囊材料...     

伞包拉出过程仿真及载荷影响分析

航天器回收着陆过程中依靠减速伞将主降落伞伞包从伞舱中拉出是主降落伞顺利工作的第一步,也是航天器能否安全着陆至关重要的一步。释放减速伞后是通过作用在减速伞伞带及主降落伞伞包拖带上的拉力将主降落伞伞包从主伞舱中拉出的,在释放减速伞拉主降落伞伞包过程中将产生一个很大的载荷作用在减速伞伞带及主降落伞伞包拖带上。文章基于牛顿力学,通过建立释放减速伞后拉主降落伞伞包过程的动力学模型,计算出释放减速伞拉主降落伞伞包过程减速伞伞绳、吊带及主伞包拖带的拉力随时间的变化情况。通过仿真结果分析及与高塔投放试验结果比对,证明了仿真模型的符合性,并在此基础上研究了减速伞自由行程、释放减速伞时下落速度、伞带长度、伞带断裂强力、主伞包质量、减速伞尺寸等因素对伞带载荷的影响程度,根据影响分析结果得出可以通过减小减速伞自由行程、减小释放减速伞时速度、增加伞绳长度、减小伞带总断裂强力、减小主伞包质量、减小主伞包尺寸等设计方法来减小伞带载荷。文章的仿真结果可以为降落伞设计提供参考。     

燃气收缩式作动器--一种新颖高效的着陆缓冲装置

文章介绍一种新颖的着陆缓冲装置——燃气收缩式作动器。可是在回收物体乘降落伞着陆前,通过回收物体快速向上（向降落伞方向）提升,抵消物伞系统的垂直下降速度,从而达到回收物体以很小的速度着陆,实现回收物体的软着陆。     

“神舟八号”飞船γ源高度控制装置安装工具和方法的改进

1γ源高度控制装置功能＂神舟＂系列飞船返回舱在进入大气层时,通过静压高度控制器判定离地面高度,并自动打开伞舱盖,带出引导伞,引导伞再拉出减速伞;同时,航天员的缓冲座椅升起。在距地1.2m时,由安装在返回舱底部的γ源高度控制装置,通过向地面发射和接收经由地面散射的γ射线确定返回舱离地面高度,发出控制指令,启动返回舱的4个反推发动机点火工作,产生反向推力,使返回舱速度降到2 m/s以下。     

新飞船试验船气囊着陆缓冲系统特性研究

缓冲气囊是继着陆腿及反推发动机之外,另一种行之有效的着陆缓冲装置.新一代载人飞船采用群伞加缓冲气囊的无损回收方案,实现了其重复使用的目的.文章对新飞船试验船缓冲气囊的选型及参数的确定原则进行了分析,介绍了气囊着陆缓冲系统的设计状态、工作程序以及缓冲过程的排气控制策略.通过建立地面试验装置和测量系统,对缓冲气囊的性能进行...     

基于主动排气气囊的着陆缓冲控制系统FPGA设计

主动排气气囊能够保证航天器着陆的稳定性,为了能够精准的控制多气囊差异式排气,文章介绍了一种能够实现该控制功能的现场可编程逻辑门阵列(FPGA)软件系统,其运行于XQR2V1000-4BG575R FPGA上,能够实现对AD采样芯片TLC2543进行驱动和控制、多通道过载数据采集,基于串行滤波器的数据处理、分布式过载判断控制气囊排气等功能。该系统基于FPGA高速多任务并行处理与调度、实时处理多通道数据采集运算,解决了快速响应着陆缓冲控制问题,使着陆缓冲系统能够精确按照舱体实时过载进行差异式主动排气控制,以保证系统工作可靠性和航天器着陆稳定性。该设计通过了系统和专项试验验证,表明了基于主动排气气囊的着陆缓冲控制系统FPGA设计能够保证航天器以规定速度和过载安全着陆地面。     

不同动压下双引导减速伞拉直过程的数值仿真

减速伞拉直过程是返回舱回收着陆工作的重要一环。单、双引导伞均可以拉直减速伞,两者结构不同,拉直效果也不同。双引导伞是在单引导结构基础上的一种深化,虽然结构相对复杂,但是可以在不同动压下拉直减速伞,比单引导伞更加安全可靠。文章对此进行了分析和研究。首先基于弹簧质量阻尼原理,建立了双引导减速伞拉直过程的动力学分析模型,对其从低到高多种动压下的拉直过程进行了数值仿真计算。然后选择低动压和高动压中两种情况的拉直过程进行分析,研究了双引导减速伞的工作原理,并与相同条件下单引导减速伞的拉直过程进行了对比。最后,从拉直时间和引导伞拉力两方面研究了不同动压对单、双引导下减速伞拉直过程的影响。结果表明:双引导减速伞可以适应不同动压,能够安全拉出减速伞;与单引导结构相比,双引导结构在低动压下拉力大,拉出时间短,高动压时拉力小,伞绳不易损坏,更加安全。该结论对回收着陆过程中减速伞结构的选择和设计具有重要的参考价值。     

护航生命 往返天地——记航天五院508所神舟飞船回收着陆系统研制团队

正回收着陆是载人航天活动的最后步骤,也是载人航天任务成败的最终标志。每次飞船返回直播,公众看到的都是引导伞、减速伞、主伞相继打开,着陆反推发动机点火工作,返回舱平稳着陆。这一气呵成的动作背后却是航天科技集团公司五院508所神舟飞船回收着陆系统研制团队二十几年鲜为人知的付出。这支以"铁军"著称的队伍有着严谨细致、特别能攻关、特别能吃苦的品格,有七尺男儿驰骋在茫茫戈壁、追逐伞花的"足迹",也有纤纤玉手"织"     

航天器再入与着陆降落伞系统分析

文章主要对航天器再入与着陆落伞系统作了综述,并介绍了各种航天器回收降落伞系统的特点。     

气体参数对气囊缓冲特性的影响分析

缓冲气囊具有系统简单、质量轻、贮存体积小等优点,在航天器的返回回收与探测器的着陆缓冲中有较广泛的应用。美国的＂探路者＂、＂机遇号＂和＂勇气号＂火星探测器都采用了缓冲气囊系统作为其着陆缓冲装置。文章通过流体力学和热力学的理论推导,提出了可能会对气囊的着陆缓冲过程产生影响的气体参数,通过MSC Dytran软件仿真计算了不同气体参数下球形火星着陆缓冲气囊的缓冲过程,并分析了各参数对气囊缓冲特性的影响。研究结果可以为后续的气囊设计及试验提供帮助,并为中国下一步开展火星着陆探测任务提供一定的参考。     

航天器回收用静压高度控制器的研制

静压高度控制器是载人飞船启动回收着陆系统的关键部件,也是返回式卫星和其它航天器回收系统启动信号的一种方式,其经受恶劣环境,性能、要求高。静压高度控制器又分为膜盒式和硅压力式,文章主要论述了硅压力静压高度控制器在回收系统中的作用,主要介绍了它的工作原理和组成,研制中解决的电路、结构及可靠性方面的问题,并给出了试验结果和研制结论。     

火星着陆关键环节多学科交叉设计与验证

针对火星着陆任务在飞行环境、地面验证、系统间关联性等方面面临的技术挑战,根据火星着陆关键环节涉及的气动减速、降落伞减速、动力下降和着陆缓冲四个主要阶段,分别分析了大气进入方式、进入初始条件、气动外形、防热、开伞控制、大底弹射、背罩规避机动与触火关机等关键要素,并介绍了天问一号与其他典型火星着陆任务开展的多学科交叉设计过...     

奇思妙想 让航天员只身从太空返回地面

一日离轨关,使返回舱脱离运行轨道,朝地球方向的弹道飞行;二日再入关,返回舱再入大气层,利用巨大的空气阻力制动减速,直至降到亚音速;三日开伞关,返回舱下降到低空后,打开降落伞,进一步减小下降速度;四日着陆关,着地之前,启动缓冲装置,减缓返回舱与地面的撞击,实现软着陆。     

运载火箭伞降回收着陆技术概述

随着可重复使用运载火箭成为航天领域的热点,运载火箭的回收着陆技术亦受到更大的关注。基于传统构型的运载火箭的回收一般可分为伞降回收着陆式、垂直返回式和带翼飞回式三种类型,每种类型的回收着陆技术均有其各自的优缺点。其中伞降回收着陆技术虽然落点精度较低,但是具有技术成熟度高、可靠性高、运载能力损失低的优势,长期以来世界各航天大国一直在开展相关的研究。文章针对运载火箭回收着陆中非常关键的基于伞降方式的回收着陆技术及系统开展研究,梳理了国内外运载火箭伞降回收着陆技术的发展情况。对于运载火箭的伞降回收着陆而言,中国主要开展了基于群伞-缓冲气囊的伞降回收着陆系统以及基于可控翼伞的伞降回收着陆系统两类方案的研究。文章对这两类伞降回收着陆系统进行了基本的方案论述,包括系统的组成、系统的工作程序以及涉及到的主要关键技术分析,并对两种伞降回收着陆系统进行了对比论述。最后给出了运载火箭伞降回收着陆技术的结论和相关建议。