[科普中國(guó)]-航天降落傘

背景

史料記載，最先掌握降落傘工作原理的是中國(guó)人。早期，明代宮廷就有藝人使用降落傘作雜技表演。到19世紀(jì)，歐洲人才利用氣球作跳傘運(yùn)動(dòng)。20世紀(jì)初，隨著航空事業(yè)的發(fā)展，為拯救因事故而遇險(xiǎn)的飛行人員，降落傘開(kāi)始為航空界所采用。由于兩次世界大戰(zhàn)的原因，降落傘被廣泛應(yīng)用于空降部隊(duì)，空投物資，飛機(jī)著陸減速，炸彈、水雷、魚雷的穩(wěn)定和減速等。

到了20世紀(jì)50~60年代，由于航天事業(yè)的發(fā)展，為降落傘開(kāi)辟了更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，使降落傘事業(yè)得到蓬勃的發(fā)展?；厥?t載荷的“阿波羅”飛船降落傘系統(tǒng)，成為降落傘技術(shù)進(jìn)展的重要標(biāo)志。

進(jìn)入20世紀(jì)70年代，航天飛機(jī)的問(wèn)世，降落傘技術(shù)又有飛躍的發(fā)展。重達(dá)78t的航天飛機(jī)固體火箭助推器在海上完整地回收，創(chuàng)造了重量級(jí)載荷回收的最高記錄。探測(cè)器用的降落傘在金星和火星表面軟著陸獲得成功，開(kāi)拓了在星際間應(yīng)用的新領(lǐng)域。

目前國(guó)外正在研制由傳統(tǒng)彈道式降落傘發(fā)展到滑翔式可控翼傘。最典型的是X-38航天飛機(jī)救生艇，翼傘面積為510m2，回收載荷達(dá)9t。

我國(guó)降落傘研究和生產(chǎn)機(jī)構(gòu)于1951年由航空部門首先組建。1959年，北京空間機(jī)電研究所前身—上海機(jī)電設(shè)計(jì)院才開(kāi)始組建降落傘研制小組。最初以回收探空氣象火箭為對(duì)象，開(kāi)展降落傘研制工作。后來(lái)隨著火箭、導(dǎo)彈和空間技術(shù)的發(fā)展，降落傘應(yīng)用領(lǐng)域愈來(lái)愈廣泛。降落傘事業(yè)從此興旺發(fā)達(dá)1。

性能特點(diǎn)由織物材料縫制而成，質(zhì)地柔軟，包裝體積小，展開(kāi)后，可獲得比原包裝狀態(tài)數(shù)以百倍的阻力面積。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、減速高效、工作可靠、成本低廉的特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于各種飛行器，作為氣動(dòng)減速和穩(wěn)定裝置。降落傘工作原理雖然簡(jiǎn)單，但要真正掌握這門技術(shù)。其技術(shù)難度主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

其一，處于緊密包裝狀態(tài)的降落傘，安置在飛行器內(nèi)腔指定的部位，如何使它自行可靠地拉直展開(kāi)?這是最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。

其二，使用環(huán)境條件(主要是力學(xué)環(huán)境和熱環(huán)境條件)惡劣。

其三，受到諸多條件的制約，如對(duì)降落傘體積和質(zhì)量、開(kāi)傘動(dòng)載、下降速度、穩(wěn)定性等要求愈來(lái)愈苛刻。

為解決上述難題，人們對(duì)此作了不懈的努力，技術(shù)發(fā)展日新月異，很快就成為一門獨(dú)立的專業(yè)1。

發(fā)展情況從1964年到1974年，降落傘技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星及其他飛行器領(lǐng)域。

1964年，為導(dǎo)彈數(shù)據(jù)艙回收設(shè)計(jì)了6m2圓傘加帶條的組合式降落傘，這是回收數(shù)據(jù)艙的首次嘗試。后來(lái)根據(jù)型號(hào)的不同，又設(shè)計(jì)了環(huán)帆傘、半環(huán)形傘和導(dǎo)向面?zhèn)愕?。由于?shù)據(jù)艙回收質(zhì)量較輕，開(kāi)傘速度不大。所以均采用單級(jí)降落傘，并借用彈艙蓋的動(dòng)能把降落傘拉直。

1966年，開(kāi)始研制回收載荷為1500kg的“和平一號(hào)”探空氣象火箭降落傘系統(tǒng)。該系統(tǒng)由引導(dǎo)傘、減速傘、主傘及其牽頂傘等組成。主傘為底邊延伸的平面圓傘，傘衣面積450m2，采用倒拉式拉直主傘。為減小開(kāi)傘動(dòng)載，傘衣內(nèi)底邊采用收口裝置，一次收口。主傘牽引傘為鐘型導(dǎo)向面?zhèn)恪p速傘為帶條形傘，傘衣面積11m2。該降落傘系統(tǒng)打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，采用了不少新技術(shù)，通過(guò)空投試驗(yàn)獲得成功。但尚未得到實(shí)際應(yīng)用。1967年，曾研制回收載荷為2450kg的降落傘系統(tǒng)。1970年6月，全系統(tǒng)進(jìn)行了空投試驗(yàn)，獲得成功。但未被用戶采用。上述兩型號(hào)雖然都未得到實(shí)際應(yīng)用，但為大載荷的回收取得可貴的經(jīng)驗(yàn)。

1967年，為靶彈回收設(shè)計(jì)的降落傘系統(tǒng)回收載荷為640kg。該系統(tǒng)參加過(guò)飛行試驗(yàn)，情況良好。

1968年開(kāi)始研制返回式衛(wèi)星用的降落傘系統(tǒng)。起初，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)衛(wèi)星回收的特點(diǎn)和降落傘開(kāi)傘過(guò)程的工作機(jī)理缺乏認(rèn)識(shí)，仍然按照傳統(tǒng)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)果試驗(yàn)屢遭失敗。后來(lái)吸收了其他型號(hào)的先進(jìn)技術(shù)，采取了一系列改進(jìn)措施，如彈引導(dǎo)傘由先前的爆炸螺栓改為彈傘器(最終改為彈傘筒)，增加了彈傘動(dòng)能;采用兩具串聯(lián)式引導(dǎo)傘，提高拉減速傘的可靠性。減速傘和主傘拉直方式由順拉改為倒拉，為減小開(kāi)傘動(dòng)載，減速傘和主傘均采用收口裝置。此外，降落傘系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)也都得到合理的加強(qiáng)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐趨合理，工作可靠性得到顯著提高，終于能夠勝任舉世矚目的返回式衛(wèi)星氣動(dòng)減速任務(wù)2。

1969年，幾乎與返回式衛(wèi)星同時(shí)起步開(kāi)展研制的還有回收載荷為3400kg的降落傘系統(tǒng)。它由兩具減速傘和3具主傘組成。減速傘為錐形帶條傘，單具傘衣面積為8m2，一次收口。主傘為環(huán)帆傘，單具傘衣面積為334m2，兩次收口。減速傘采用彈傘筒開(kāi)傘。減速傘分離后，立即以倒拉式拉出主傘。該系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)10架次空投試驗(yàn)，均獲成功。雖然沒(méi)有得到實(shí)際應(yīng)用，但降落傘技術(shù)水平已上了一個(gè)臺(tái)階，為大載荷的回收打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1970年，為高空氣象火箭設(shè)計(jì)了穩(wěn)定下降的降落傘。該傘傘衣面積為40m2，盤縫形。經(jīng)多次飛行試驗(yàn)結(jié)果表明，在60km高度的穩(wěn)定性和下降速度均滿足技術(shù)條件的要求。在研制返回式衛(wèi)星等飛行器降落傘系統(tǒng)的期間，還做過(guò)大量風(fēng)洞試驗(yàn)和方案性空投試驗(yàn)，對(duì)降落傘的工作機(jī)理和氣動(dòng)特性進(jìn)行了深人分析研究，采用了新的工程方法和科學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，使技術(shù)人員的設(shè)計(jì)水平得到顯著的提高。在測(cè)量技術(shù)方面，光測(cè)、內(nèi)測(cè)和遙測(cè)等技術(shù)全被采用。測(cè)量參數(shù)有：飛行彈道數(shù)據(jù)、開(kāi)傘動(dòng)載、傘衣應(yīng)力、降落傘擺動(dòng)角等，使得各種參數(shù)都有量化衡量指標(biāo)。隨著降落傘技術(shù)的發(fā)展；特種紡織材料也得到迅速發(fā)展。新研制的繩、帶和綢布大約有數(shù)十個(gè)品種。而且材料的性能也大有改善，從而使降落傘的體積和質(zhì)量有了顯著的減小2。