10月31日上午8時11分,神舟十六號載人飛船返回艙成功著陸東風著陸場,搜救人員第一時間趕赴現(xiàn)場,隨后景海鵬、朱楊柱、桂海潮3名航天員順利出艙,這標志著又一次載人天地往返飛行任務完成,此次任務是神舟號飛船連續(xù)成功實施的第11次載人天地往返飛行任務,也是服務空間站的第5次載人天地往返飛行任務。
然而,就在成功時刻到來之前,一段央視的直播畫面卻也讓不少人捏了一把汗:
7時58分,返回艙主傘充氣完全展開,之后返回艙與降落傘就在空中隨風擺動,在擺動的過程中,可以從直播畫面中看到主傘偏上部有一小塊傘布疑似破損。
對比,神舟十二號、神舟十三號、神舟十五號再入返回的主傘畫面,都沒有看到此類破損。
主傘局部破損現(xiàn)象正常嗎?先說答案:正常。
實際上,在以往的神舟載人飛船的再入返回任務中,也曾多次出現(xiàn)局部破損現(xiàn)象,只不過那些局部破損的面積比較微小,通過直播畫面很難用肉眼觀察到。
那么,為什么神舟十六號返回艙主傘肉眼可見的破損也是正常的?
眾所周知,神舟載人飛船自設(shè)計伊始就借鑒了聯(lián)盟號載人飛船的三艙構(gòu)型方案,但也僅限于借鑒學習,時至今日,神舟載人飛船的綜合技術(shù)水平早已事實上超越了聯(lián)盟系列載人飛船的最新改進型。
而早在設(shè)計伊始,我們的一系列高起點技術(shù)標準,就已經(jīng)為如今的超越奠基。在這些標準中,有一個突出的性能指標就是有更大的返回艙容積,神舟飛船返回艙容積是6立方米,聯(lián)盟號飛船返回艙容積則是4立方米。
空間更大就可以布放更多功能載荷。比如,6年前來華參加海上救生訓練的德國宇航員馬蒂亞斯·毛雷爾就曾這樣感慨:相比有50年歷史的聯(lián)盟號宇宙飛船,神舟飛船更像是21世紀的宇宙飛船,空間很大,這里甚至有充氣橡皮艇,而在聯(lián)盟號上就沒有。
更大的容積也可以從空間站帶回更多高價值的下行科研物資,前不久,在神舟十七號發(fā)射任務的報道中,神舟飛船總指揮說,下批次神舟飛船上下行能力最大提升將近300%。
要想實現(xiàn)這一提升,飛船各系統(tǒng)部件的減重是必修課,然而早期的大容積設(shè)計同樣是基礎(chǔ)。
返回艙容積更大,也意味著重量更大,自然也就需要更大的降落傘,神舟飛船配置的主傘面積達到了約1200平方米,而聯(lián)盟號飛船的主傘面積僅有約1000平方米。
話說,當初載人航天工程剛剛立項時,曾有同志建議降落傘直接引進外國技術(shù),結(jié)果人家開出了1500萬美元的價格,這在當時的那個年代,確實是天價,有同志反對這么干,因為即便引進技術(shù),他們技術(shù)與產(chǎn)品的可靠性如何,心里是沒底的,還是要做大量的試驗,只有自主研發(fā)才能從頭到尾吃透技術(shù),心里才有底。
我們的約1200平方米主傘幾乎就是載人飛船領(lǐng)域的能力極限,再往大了拓展就不能靠單傘,而需要依靠群傘設(shè)計,比如我國新一代載人飛船試驗船在首飛任務中就應用了由3部主傘組成的群傘,單傘面積760平方米,遠小于神舟飛船主傘面積,但3部主傘的合計面積則是2280平方米,又遠大于神舟主傘面積,從而可以托舉更大更重的返回艙安全落地。
神舟載人飛船為什么不像印度加甘揚飛船那樣,一開始就上群傘設(shè)計?選用何種設(shè)計,主要還是取決于任務需求,三艙構(gòu)型的神舟飛船返回艙發(fā)射重量是3噸級,兩艙構(gòu)型的加甘揚飛船返回艙則是5噸級,后者更重,自然需要面積更大的群傘,而我們的3噸級返回艙在單主傘設(shè)計上“踮踮腳”還是可以滿足需求的。
神舟飛船應用相較于聯(lián)盟飛船更大的主傘,也意味著要應對更為復雜的開傘工況條件,比如在開傘的拉直和充氣過程中,傘衣的摩擦和抽打可以造成傘衣的初步損傷,然后在充氣氣流作用下,進一步擴大損傷。
主傘開傘的成敗對航天員而言是至關(guān)重要的一環(huán),就像楊利偉在其《天地九重》書中寫道:在主傘完全開好之后,飛船以10米/秒勻速下落。這時沒有過載了,唯一的感覺就是晃蕩,斜著晃蕩——主傘開了之后,只有一根繩吊著飛船的一邊,晃晃悠悠的。但這時候真是無法形容心里那個舒坦,特別放心:傘很大,1200平方米,落地再怎么重,最多也就是受點傷。安全了!成功了!生命肯定沒問題了!肯定可以完成任務了!
實際上,根據(jù)公開資料披露,從神舟五號到神舟七號,三次載人返回任務中,都出現(xiàn)了不同程度的主傘局部損傷情況,只不過這些損傷面積都沒有超過主傘面積的1%,不會對任務成敗造成影響。
再回到今天神舟十六號的返回任務中來,即便主傘出現(xiàn)了疑似中的破損情況,也完全在安全范圍之內(nèi)。
首先,神舟飛船返回艙的主降落傘是“環(huán)帆傘”,而且是世界最大的環(huán)帆傘,此設(shè)計方案的一個突出優(yōu)點,就是不會出現(xiàn)連鎖破壞的情況,即便有局部破損,但在非極端情況下此破損不會持續(xù)擴散,能夠保證減速效果。
另外,神舟飛船返回艙在降落過程中,航天員可以通過傳感器數(shù)據(jù)知曉下降速度,一旦速度超過設(shè)計值,航天員就會手動拋棄主傘,彈出返回艙另一端的備份傘。
備份傘張開面積是750平方米,比主傘面積要小,但也足以保障航天員的生命安全。
神舟十六號在沒有啟用備份傘的情況下,航天員成功返回地球,這就說明,一切正常,一切盡在掌握。
“成功不代表成熟,成熟不代表可靠”,這是載人航天領(lǐng)域的一個經(jīng)典總結(jié),任何一個環(huán)節(jié)的失誤都可能造成難以估量的后果,所以,需要精益求精,需要多重冗余備份,來保障安全。
即便是傳統(tǒng)載人航天強國,也難免會遇到這樣或那樣的問題,比如俄去年因為冷卻系統(tǒng)故障差點無法返回地球的聯(lián)盟MS-22載人飛船,還有聯(lián)盟MS-10飛船5年前遭遇發(fā)射失敗啟動逃逸程序的事件,再往前,還有兩架航天飛機的前車之鑒。
既然是工程裝備,那就必然存在著失效概率。航天人所要做的就是,確保載人航天裝備在其全壽命周期內(nèi)不出現(xiàn)不可逆的故障,以及即便出現(xiàn)某些故障,也可以安全化解。
比如,發(fā)射神舟載人飛船用的長征-2F火箭的可靠性評估值已提升至0.9896,安全性評估值達0.99996,這兩組數(shù)據(jù)的意思是:
長征-2F火箭發(fā)射100次才可能出現(xiàn)1到2次的失敗,但這些失敗并不是一定會出現(xiàn),剩余的0.0104的不可靠性可以通過深入細致的工作來盡早地發(fā)現(xiàn)、剔除,在火箭發(fā)射前把隱患消除掉。
即便在大量的發(fā)射任務中出現(xiàn)1到2次的發(fā)射失敗,逃逸系統(tǒng)也可將航天員的安全系數(shù)提高幾個數(shù)量級,就是,長征-2F火箭發(fā)射10萬次,才會有4次逃逸失敗,這比“萬無一失”的水平要高得多,而實際上,不論是長征-2F火箭,還是神舟載人飛船,都不可能執(zhí)行10萬次任務,因為未來我們還會有一系列的新產(chǎn)品,這就確保了裝備在全壽命周期內(nèi)確保航天員安全的這一核心任務。
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