0.引言

沒心情作甚么引言了，抓緊時間寫下去

1.返回艙結(jié)構(gòu)

返回艙是航天員座艙，它和軌道艙一起構(gòu)成了航天員生活居住區(qū)。但在發(fā)射和返回段，航天員必須身著艙內(nèi)航天服，并被束縛在座椅上，以便承受比較大的過載和沖擊。

返回艙呈鐘形，采用倒錐鈍頭體結(jié)構(gòu)，長度為2500毫米，最大直徑為2517毫米。由于返回艙最大直徑比較大（聯(lián)盟號飛船返回艙最大直徑為2200毫米），所以3名航天員乘坐相對來說比較寬敞和舒適。

返回艙可劃分為四個象限。

在I象限線上安裝了直徑250mm的光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡和分離密封板。光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡可用于對地瞄準(zhǔn)，在航天員手動控制返回艙時使用；分離密封板的作用是對返回艙與推進(jìn)艙的電路、氣路和液路進(jìn)行連接和分離。

在返回艙的Ⅱ、Ⅳ象限線處分別布置一個直徑220mm弦窗，航天員可以通過弦窗觀察和拍攝艙外的景物。

在Ⅲ象限線的左右有直徑九百多毫米的傘艙蓋和穩(wěn)定翼片。這兩個傘艙蓋用于保護(hù)錐段上的兩個傘艙（主份傘艙和備份傘艙），傘艙蓋前端是為了消除再入過程中不穩(wěn)定而設(shè)計(jì)的穩(wěn)定翼片。

進(jìn)入到返回艙內(nèi)部，在位于返回質(zhì)心平面附近對稱布置3個帶緩沖裝置的航天員座椅，略呈扇形分布，靠背與“地板”的夾角是20°。在座椅周圍主要放置方便航天員取用操作的物品和部分設(shè)備，有醫(yī)監(jiān)設(shè)備包、食品袋、生理測試設(shè)備專用包和抗噪控制器等。倘若任務(wù)中有無人的座椅，則該位置可以放置有效載荷。

座椅上方是上文提到的2個傘艙，在傘艙之間安裝有側(cè)壁攝像機(jī)和照明燈。在返回艙內(nèi)的前端側(cè)壁上集中了環(huán)控生保分系統(tǒng)需要航天員操作和調(diào)節(jié)的設(shè)備。座椅下方也放置有環(huán)控生保分系統(tǒng)的冷凝干燥器組件。

在中間座椅前下方是光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡窗口，左右兩側(cè)是航天員用于進(jìn)行人工控制飛船平移和姿態(tài)運(yùn)動的手柄，再往前位于前端半球段靠近艙門的位置，對稱布置了三塊儀表板，中間的主儀表板上有兩個多功能液晶顯示屏，用于顯示飛船上設(shè)備的工作狀態(tài)和飛船飛行參數(shù)，下面有用于航天員人工控制的各種開關(guān)。在左右艙壁上還設(shè)有副儀表板，副儀表板四周布置了便于航天員操作的設(shè)備，如排氣調(diào)壓組件和風(fēng)扇等。

在座椅后面至防熱大底之間是各分系統(tǒng)設(shè)備的集中安裝區(qū)，包括電源和供配電設(shè)備、制導(dǎo)導(dǎo)航和控制、測控與通信、數(shù)據(jù)管理、環(huán)控與生保、熱控、推進(jìn)、乘員等分系統(tǒng)的設(shè)備，這些設(shè)備和座椅均分別裝在3根大梁上。

在備份傘艙下設(shè)有推進(jìn)劑隔艙，內(nèi)裝單組元推進(jìn)分系統(tǒng)的無水肼貯箱、氣瓶和閥門等組件，隔艙蓋上裝有推進(jìn)劑排放孔。在返回艙前半球段和側(cè)壁上設(shè)有8個發(fā)動機(jī)可分成5個機(jī)組，其中：裝有2臺俯仰控制發(fā)動機(jī)的機(jī)組有1個，安裝于返回艙中部偏上；裝有1臺偏航控制發(fā)動機(jī)的機(jī)組有2個，安裝于返回艙的上部；裝有2臺滾動控制發(fā)動機(jī)的機(jī)組有2個，安裝于返回艙的下部。滾動控制發(fā)動機(jī)的兩個機(jī)組分主、備份，而控制俯仰、偏航的發(fā)動機(jī)互為備份。

由于返回艙是唯一參與整個任務(wù)過程的艙段，所以它必須時刻滿足與航天員的通信要求與著陸定位的需求。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，返回艙帶了4種13副天線——S波段天線（接收、發(fā)送分別2副）、2副GPS天線、3副短波天線和4副超短波天線。

S波段天線和GPS天線分別負(fù)責(zé)通信和定位，由于它們在再入過程中也需要工作，因此它們被平裝在返回艙側(cè)壁，需要經(jīng)受再入過程中的氣動力加熱。

而短波天線和超短波天線既能通信也能定位，但僅需在著陸后工作，所以它們裝在半球段內(nèi)的天線艙（著陸后使用的閃光燈也裝在這）。

不同于前面兩個平裝天線，超短波天線是桿式伸展天線，由于不確定返回艙著陸后的姿態(tài)，所以超短波天線兩副安裝在大底，一副安裝在側(cè)壁（還有一副折疊后藏在艙門內(nèi)），著陸后由重力開關(guān)判斷返回艙呈直立還是平躺。若直立，則展開側(cè)壁上的天線；若平躺，則展開大底上的天線。

短波天線也是同理，一副在側(cè)壁，一副在大底，還有一副在主傘傘繩上。

在側(cè)壁上還有靜壓高度計(jì)取樣孔、氧氣加注孔和排氣調(diào)壓孔等。返回艙與軌道艙之間的電、氣、液路接口處的斷接器都布置在返回艙前端面上，返回艙與推進(jìn)艙的接口則位于背風(fēng)面靠近大底端框的分離密封板上。返回艙的燒蝕大底在主降落傘打開后即被拋棄，露出的密封大底上安裝有四臺固體緩沖發(fā)動機(jī)、與之配套工作的伽馬高度計(jì)。

出于密封性起見，返回艙只在前端開有一個直徑為650mm的內(nèi)開式密封艙門，因此航天員要在發(fā)射前進(jìn)入飛船，必須先通過軌道艙艙門進(jìn)入，再坐到返回艙座椅上。

3.氣動與防熱

（1）再入彈道分類

返回艙在進(jìn)入大氣層時，會受到空氣動力的作用，空氣動力可分解為氣動阻力D和升力L。氣動阻力沿著飛行速度相反的方向作用在進(jìn)入器上，直接起到減速作用；升力沿著與速度垂直方向作用在進(jìn)入器上，起到改變下降速度的作用。因此，升力和阻力的比值（稱為升阻比，K=L/D）成為進(jìn)入器在大氣里運(yùn)動的一個重要特征參數(shù)。根據(jù)作用在航天器上氣動力的升阻比大小以及對升力是否加以控制，航天器的進(jìn)入方式可以分為彈道式進(jìn)入、半彈道式進(jìn)入和升力式進(jìn)入三種方式。

彈道式航天器（K=0~0.5）在大氣層里飛行時產(chǎn)生很有限的升力，而且此升力是無控制的。由于升力很小，甚至沒有升力，因此進(jìn)入器下降速度很快，在大氣層里經(jīng)歷的時間很短，不超過400s。這樣氣動力加熱的總加熱量相對地要小一些，防熱結(jié)構(gòu)可以做得簡單（原理見下方視頻）。

它的主要缺點(diǎn)是在再入過程的運(yùn)動是無控制的。一旦制動完畢，返回艙就沿著一定的彈道返回到地面，落點(diǎn)位置也就相應(yīng)地決定了，這也就是叫“彈道式”返回的原因。但返回艙在返回過程中，有許多影響返回彈道的干擾因素，如制動精度低、航天器的位置偏差和大氣數(shù)據(jù)偏差等，返回艙又無法調(diào)整，因而落點(diǎn)的偏差比較大。

它的另一個缺點(diǎn)是再入制動過載相當(dāng)大，即使是以2°左右的再入角進(jìn)入稠密大氣層，其最大制動過載也可達(dá)到8~10g。

升力式航天器升阻比一般大于1，如航天飛機(jī)的軌道器采用帶翼升力體的結(jié)構(gòu)外形，形狀似飛機(jī)，升阻比達(dá)1.3~3.0。在進(jìn)入大氣層過程中軌道器受強(qiáng)大的氣動升力作用，可以沿著比較平緩的軌道滑翔下降，同時通過姿態(tài)控制系統(tǒng)控制俯仰和滾動以改變升力的大小和方向，使航天飛機(jī)能在幾千千米航程內(nèi)機(jī)動飛行，選擇最佳的再入路線飛向預(yù)定目標(biāo)地。

神舟飛船則介于二者之間，是半彈道式航天器

（2）神舟返回艙升力控制

返回艙在再入大氣層的過程中，作用在返回艙上的空氣對返回艙產(chǎn)生壓力，這些壓力可以合成一個對返回艙任何一點(diǎn)的一個力和一個力矩。但是在返回艙上有這樣一個點(diǎn)，對該點(diǎn)求合力時只有力R，而沒有力矩為零，那么這個點(diǎn)就叫氣動力中心。設(shè)返回艙的飛行速度為V，V和返回艙縱軸的夾角是α，稱作攻角。如果在某一攻角α下產(chǎn)生的空氣動力R正好在質(zhì)心與氣動力中的連線的延長線方向，那么作用在返回艙上的就只有空氣動力而沒有空氣動力力矩，那么角α就稱為配平攻角。在此狀態(tài)下，理論上不需要有作用在返回艙上的其他力矩，飛舟就可以保證在配平攻角狀態(tài)下飛行。

但如果質(zhì)心和氣動力中心都在返回器縱軸上，那么無論如何滾動返回艙，升力的大小、方向都不變（保持縱軸指向）。

于是設(shè)計(jì)人員對返回艙的結(jié)構(gòu)和儀器設(shè)備的安裝部位作了精心設(shè)計(jì)，并采用增加一定配重塊的方式，使得返回艙的質(zhì)心不在返回艙的縱軸上，而是與縱軸偏離一個δ的距離，同時將質(zhì)心配置在返回艙氣動力中心之前的一定位置。這樣在配平攻角狀態(tài)下飛行，升力不再與縱軸平行，且處在質(zhì)心與縱軸所在平面，此時如能控制返回艙繞度矢量V旋轉(zhuǎn)，則可以控制作用在返回艙上的升力的水平分量和垂分量的大小和方向，這樣就可以控制返回艙的再入軌跡，使返艙的再入過載峰值不大于4g。但隨著返回艙速度的減慢，無法產(chǎn)生足夠的升力，返回艙就會停控，此時高度在20千米左右。

（3）氣動力加熱

假定返回艙在開始返回時的速度為v=7.65km/s，則每千克質(zhì)量所擁有的動能約為29260kJ。這樣大的動能如果全部轉(zhuǎn)化為熱量，足以將30kg的鋼材完全熔化。但實(shí)際上，返回艙的能量所轉(zhuǎn)化的熱量，有相當(dāng)大的一部分通過沖擊波和輻射作用，擴(kuò)散到周圍的空氣里，只有很少一部分是傳遞給飛行器的結(jié)構(gòu)（大約2％）。

返回艙在這高超聲速的氣流中，不斷猛烈地壓縮其前面的空氣，使受壓縮的空氣的密度增加了10多倍，溫度增高到6000~8000℃，在返回艙的前方形成了一個很強(qiáng)的沖激波。

空氣分子撞擊返回艙的表面，又彈跳回去；其中有許多分子在彈跳回去的過程中，又和迎面新沖來的分子相碰撞，將新來的分子擋回去，使之不能與返回艙的表面接觸，而是把它們散射到氣流中去，從而防止了這部分新沖來的空氣分子把自己的能量傳送給返回艙。這樣，把大量熱量排卸在沖激波與飛行器表面之間的空間里。沖激波從返回艙的四周向外、向后延伸到很遠(yuǎn)的地方，形成一個很大的尾流。這個尾流是由熾熱的空氣組成的，其中包含了返回艙在再入大氣層過程中產(chǎn)生的絕大部分熱量；尾流中的熱量又逐漸擴(kuò)散在周圍的大氣里。

（4）防熱結(jié)構(gòu)

再入防熱結(jié)構(gòu)通常是由防熱層、隔熱層和承力結(jié)構(gòu)三部分組成。

防熱層是防熱結(jié)構(gòu)的最外層，直接承受再入氣動力加熱的部分，是由金屬或非金屬材料制成的殼體，通過材料本身的熱理化性能，熱容量、相變、輻射以及質(zhì)量引射等，來吸收和耗散氣動力加熱的熱量。在同一個航天器上，返回艙不同部位的受熱強(qiáng)度不同，采用的防熱方法、防熱材料以及防熱層厚度都不相同。

隔熱層是由輕質(zhì)隔熱材料組成。它的作用是把外殼的熱量與內(nèi)部艙體結(jié)構(gòu)隔開，阻止或延緩?fù)鈿さ臒崃總魅耄古擉w內(nèi)壁溫度在整個再入過程不超過預(yù)定的設(shè)計(jì)值。隔熱層有時安排在防熱層與承力結(jié)構(gòu)之間；有時是粘貼在承力結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁；有時為簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，往往利用防熱材料本身的隔熱作用，或采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的隔熱作用，將這一層與外部防熱層或內(nèi)部承力結(jié)構(gòu)合二為一。

承力結(jié)構(gòu)是返回艙的骨架，承受整個飛行過程中的各種力學(xué)載荷，通常采用金屬殼體或蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。

防熱結(jié)構(gòu)根據(jù)防熱原理的不同，分為如下3種方法

1)熱沉防熱結(jié)構(gòu)

物體吸收熱量后溫度會升高，而物體的熱容量越大，溫度每升高一度所吸收的熱量也就越多。吸熱防熱結(jié)構(gòu)就是利用包覆在返回艙結(jié)構(gòu)外面的防熱層，吸收大部分氣動熱的一種防熱方法。防熱層采用熱容量較大的材料，這層材料吸收返回艙表面的大部分氣動熱，從而使傳入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱量減少。但防熱材料除了要求熱容量大，還要求材料導(dǎo)熱率大和熔點(diǎn)高，就好比大壩不僅要容量大，還要蓄洪快和不易潰堤

2)輻射防熱結(jié)構(gòu)

任何物體表面都會向外輻射熱量，這種現(xiàn)象稱為熱輻射。輻射的熱量與表面溫度的四次方和表面的輻射系數(shù)成正比。輻射防熱結(jié)構(gòu)就是利用防熱層表面的高輻射特性，主要以輻射散熱方式將大部分氣動熱散發(fā)到艙外的一種防熱形式。為了提高散熱效率，返回器表面常常涂有高輻射層

3)燒蝕防熱結(jié)構(gòu)

材料從固體狀態(tài)變成液體狀態(tài)，或由液體狀態(tài)變成氣體狀態(tài)，或由固體狀態(tài)直接變?yōu)闅怏w狀態(tài)時都要吸熱，所吸收的熱量稱為相變潛熱。還有一些有機(jī)材料在受熱后會發(fā)生分解，同時吸收熱量，所吸收的熱量稱為分解潛熱。

燒蝕防熱結(jié)構(gòu)就是利用燒蝕材料受熱后發(fā)生的一系列物理、化學(xué)過程吸收大量熱量，來達(dá)到防熱目的。燒蝕材料要經(jīng)過特殊研制，材料的分解潛熱和相變潛熱越大，防熱效率就越高。

在航天器結(jié)構(gòu)外鋪設(shè)一層燒蝕材料，就構(gòu)成了燒蝕防熱結(jié)構(gòu)。

5)神舟飛船防熱方案設(shè)計(jì)

按神舟返回艙再入過程氣動加熱最嚴(yán)重時刻估計(jì)，返回艙表面溫度分布大致如下：再入的迎風(fēng)大底上，最高溫度為2200K~2600K；倒錐部分的迎風(fēng)面（即下面）上600K~1800K；倒錐的背風(fēng)面大部分在600K以下。

根據(jù)這些數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員最終采用了全燒蝕方案，返回艙的外表面（除前端艙門外）均被不同厚度的低密度燒熔材料所包敷。其原因是：

①可靠性高

一般的燒蝕材料防熱效率隨熱流密度的提高而增大，這個特性可以消除設(shè)計(jì)輸入條件誤差而引起的隱患，提高系統(tǒng)的可靠性。

②結(jié)構(gòu)簡單

燒蝕防熱結(jié)構(gòu)處理局部防熱較為簡單，往往只要在該處增厚防熱層或改變燒蝕材料即可，整個防熱層與金屬內(nèi)殼的連接可采用膠結(jié)方式。

③技術(shù)成熟

燒蝕防熱結(jié)構(gòu)在國外所有的載人飛船上都已成功應(yīng)用，并且國內(nèi)已有返回式衛(wèi)星的成熟技術(shù)，所以采用這種結(jié)構(gòu)有較多可借鑒的國內(nèi)、外的經(jīng)驗(yàn)。

④結(jié)構(gòu)重量輕

國內(nèi)、外設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)采用較低密度(ρ≤0.8g/cm3)的燒蝕防熱層后，結(jié)構(gòu)的重量可大大減輕。

神舟系列載人飛船防熱所用的低密度燒蝕材料為硅橡膠基材料，這種材料由基體和填料兩大組分組成。

填料包括增強(qiáng)纖維、 酚醛空心微球及玻璃空心微球，其主要目的是降低材料密度并提高隔熱性能，同時保證燒蝕材料表面的抗氣流剪切能力。制成的低密度燒蝕材料預(yù)混料要填充到玻璃鋼蜂窩里，后者主要用來提高燒蝕材料自身的強(qiáng)度和抗剪能力?！?/p>

整個返回艙的防熱結(jié)構(gòu)由兩大部分組成，即燒蝕防熱大底和側(cè)壁防熱結(jié)構(gòu)。

燒蝕防熱大底處在返回艙再入過程的飛行迎風(fēng)面上，其遇到的熱流密度較高，同時迎風(fēng)面的氣動外壓也主要作用在燒蝕大底上。針對受熱、受力的實(shí)際情況，燒蝕大底采用雙層殼結(jié)構(gòu)：外部是ρ=0.75g/cm3的H96材料燒蝕層，專門用以防熱，內(nèi)層是玻璃鋼蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，主要用以維持外形和承受外壓。上述兩層殼的邊緣是整體模壓成形的MD-2材料的拐角環(huán)。該拐角環(huán)一方面可將燒蝕大底的防熱層和蜂窩夾層結(jié)構(gòu)層連成一個整體，同時也是艙間傳力的構(gòu)件。

側(cè)壁防熱結(jié)構(gòu)是一層密度變化的燒蝕層，它直接膠結(jié)于金屬內(nèi)殼上。在迎風(fēng)側(cè)面，由于熱流密度較大，用ρ=0.72g/cm3的H96燒蝕材料，背風(fēng)側(cè)面用ρ=0.56g/cm3的H88燒蝕材料。由于側(cè)壁上開有22個大小不同的艙口，造成很大的應(yīng)力集中，因此需要低密度燒蝕材料層的開口邊緣均加有MDZ材料制成的邊緣防熱環(huán)。

特別指出，膠結(jié)采用的膠層大多為彈性硅橡膠，可以使整個防熱層有比較協(xié)調(diào)的抗變形能力（包括受力變形和熱變形），防止各材料膨脹率不同，受冷熱后產(chǎn)生應(yīng)力。同時，防熱層與金屬殼不采用機(jī)械連接也比較容易維持金屬內(nèi)殼的密封性。

舷窗和光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡窗口代表了飛船返回艙上典型開口處防熱密封結(jié)構(gòu)。整體窗口由三層玻璃構(gòu)成，最外層是高溫防熱玻璃，這層玻璃并無密封要求，其功能專門用以防熱，內(nèi)兩層則用鋼化的承壓玻璃制成，完成承壓和密封。

3.降落傘減速系統(tǒng)

（1）工程目標(biāo)與限制

返回艙在經(jīng)過氣動外形減速段后，已減去大部分速度，在15km高度處氣動阻力接近于重力，速度維持在200m/s。但如果不再進(jìn)行進(jìn)一步減速，依然無法滿足安全著陸的要求因此，必須設(shè)計(jì)出一種降落傘系統(tǒng)，并滿足以下目標(biāo)及限制：降落傘系統(tǒng)重量不大于200 kg，各級降落傘開傘過載不大于5 g，過載大于3.5 g的時間不大于0.5 s。

最終設(shè)計(jì)出來的傘系正常工作范圍是：相對地面高度1300~12000米，速度30~220米/秒，動壓440~10000帕。

（2）傘系組成

降落傘減速系統(tǒng)由串聯(lián)式雙引導(dǎo)傘、減速傘和主傘三級傘組成，采用傘艙蓋彈射牽引，倒拉式開傘（這些知識點(diǎn)在下面這篇專欄里）

引導(dǎo)傘用于穩(wěn)定返回艙姿態(tài)，為減速傘張開提供條件。正常情況下，開傘動壓7500Pa；但在發(fā)射臺逃生的緊急狀態(tài)下，動壓最小只有500Pa，而且因開傘高度的限制需開傘迅速以減速高度的損失。為了適應(yīng)不同工況的使用要求，神舟飛船在設(shè)計(jì)上采用一大一小串聯(lián)式引導(dǎo)傘的結(jié)構(gòu)形式, 兩者之間設(shè)有限力機(jī)構(gòu). 在發(fā)射臺救生狀態(tài)下, 開傘動壓較低, 大引導(dǎo)傘起作用, 提供足夠的阻力用于拉出減速傘傘包；在其他工況，開傘動壓較高時, 大引導(dǎo)傘的阻力超過了連接大小引導(dǎo)傘的限力連接機(jī)構(gòu)的承載能力, 限力連接機(jī)構(gòu)斷裂,大引導(dǎo)傘飛離, 只有小引導(dǎo)傘起作用, 這樣就限制了減速傘傘包的沖擊載荷。

減速傘面積24m2，不僅用于穩(wěn)定姿態(tài)，還是第一級減速，可減少主傘開傘沖擊。主傘則用于對返回艙進(jìn)一步減速。

對于神舟飛船這種特大型主傘，其開傘過程特別復(fù)雜。由于其拉直和充氣時間較長，在傘衣拉直之后，第一股空氣團(tuán)開始從傘衣底部給傘衣充氣，并迅速向傘頂推進(jìn)，在空氣團(tuán)推進(jìn)的過程中，傘衣頂部會在周圍氣流的作用下迅速甩動，并出現(xiàn)抽打現(xiàn)象，這種抽打很容易造成傘衣的損傷。由抽打造成的初始損傷,，在傘衣繼續(xù)充氣過程中，在氣動力作用下，進(jìn)一步擴(kuò)展，從而造成傘衣的損傷破壞。因此主傘還包括一個牽頂傘，顧名思義，該傘用于提供牽引力，防止主傘傘衣抽打損壞。

對于載人航天，飛船的安全可靠性是在第一位的，因而神舟飛船的降落傘系統(tǒng)由兩個獨(dú)立的主、備份系統(tǒng)組成。其中，主、備份的引導(dǎo)傘和減速傘完全相同，為通用件，而主、備份主傘也僅傘衣面積不同（前者1200m2，后者760m2）。

這種備份方式稱為“冷備份”，即在主降落傘失效的情況下,才啟用備份主降落傘，而每套裝置中的各級降落傘均為單傘；還有一種是以阿波羅飛船為代表的’’熱備份’’模式，在返回艙上僅設(shè)有一套降落傘裝置，但裝置中的各級降落傘均由兩具或多具完全相同的降落傘并聯(lián)而成，呈熱備份方式配置，即任何一級中的各具降落傘同時展開，共同工作、互為備份。

（3）工作時序

1)當(dāng)返回艙下降到10千米高度時，10千米靜壓高度控制器使程序控制器置零（t=0秒），并開始按預(yù)定程序發(fā)出時序指令。

2)t=0.5秒時，引爆傘艙蓋分離裝置，彈掉傘艙蓋，拉出引導(dǎo)傘。

3)傘艙蓋分離過程中，將引導(dǎo)傘從傘艙中拉出。引導(dǎo)傘張滿后，拉出減速傘傘包。

4)減速傘拉直，呈收口狀態(tài)張滿。

5)減速傘以收口狀態(tài)工作8秒后，切斷收口繩，解除收口狀態(tài)。

6)減速傘完全張滿。

7)t=16.5秒(返回艙大約下降到8千米高度)，引爆降落傘連接分離機(jī)構(gòu)上的脫傘裝置，使減速傘與返回艙分離。

8)減速傘分離過程中拉出主傘。

9)主傘拉直后，呈收口狀態(tài)張滿。

10)主傘以收口狀態(tài)工作8秒后，解除收口狀態(tài)。

11)主傘完全張滿，返回艙呈單點(diǎn)吊掛狀態(tài)下降。當(dāng)返回艙下降到6千米高度時，靜壓高度控制器使程序控制再次置零，t=0秒。

12)t=58秒時，引爆防熱大底蓋火工裝置，拋掉防熱大底，使著陸反推發(fā)動機(jī)的噴口暴露在艙外。

13)t=68秒時，啟動垂直吊掛釋放器。

14)主傘由單點(diǎn)吊掛轉(zhuǎn)換成兩點(diǎn)對稱垂直吊掛，返回艙呈垂直下降狀態(tài)，為著陸反推發(fā)動機(jī)工作創(chuàng)造必要條件。t=78秒時，引爆座椅上的火工裝置，使座椅緩沖器提升，進(jìn)入待工作狀態(tài)。

15)t=95秒時，啟動伽馬高度控制器，在臨近地面約1米高度，伽馬高度控制器發(fā)出指令，點(diǎn)燃著陸反推發(fā)動機(jī)，返回艙以1~4米/秒的速度著陸。

16)著陸后，航天員根據(jù)地面氣象情況作出判斷，若風(fēng)大，可發(fā)出指令，將主傘拋掉。

在此過程中，返回艙從開傘前的質(zhì)量約3400kg，不斷降低到到最后著陸時的約3000kg。

（4）應(yīng)急處置

開傘高度主要是根據(jù)完成上述工作程序所需的最小行程來確定的，同時兼顧備份降落傘裝置所需的工作高度。因此在返回工作程序中，當(dāng)返回艙下降到6~7千米時，自動檢測裝置會判斷出主傘工作是否正常，一旦檢測到異?，F(xiàn)象，就立即切換到備份降落傘裝置。

如果在發(fā)射臺上發(fā)生意外事故，返回艙由逃逸火箭帶離事故現(xiàn)場，返回艙與逃逸火箭分離后飛行到頂點(diǎn)高度之前2s，彈射傘艙蓋，拉出串聯(lián)引導(dǎo)傘，引導(dǎo)傘展開后，相繼拉出減速傘，減速傘收口狀態(tài)工作6s后就與返回艙分離，隨即拉出主傘，主傘收口狀態(tài)工作8s后，解除收口，并逐漸張滿。中、高空應(yīng)急救生由于其飛行高度都在10km以上，所以降落傘工作程序均按正常返回程序工作。

（5）一些細(xì)節(jié)

①風(fēng)修正技術(shù)

上文曾提到返回艙升力控制?？攸c(diǎn)在20千米高度，那么只要把?？攸c(diǎn)對準(zhǔn)在目標(biāo)著陸點(diǎn)O上就萬事大吉嗎？然而現(xiàn)實(shí)的風(fēng)不盡如人意，偏差OP'常常存在。解決辦法也簡單，?？攸c(diǎn)瞄準(zhǔn)反向等距延長的P點(diǎn)就行，但這就需要?dú)庀蟮木珳?zhǔn)預(yù)報了。

②單點(diǎn)吊掛轉(zhuǎn)垂直吊掛

為保證降落傘拉直程序的可靠性，載人飛船傘艙安置在返回艙的側(cè)面。這導(dǎo)致在主傘開傘的初始階段，主傘與返回艙之間是采用單點(diǎn)連接，連接點(diǎn)設(shè)置在傘艙出口處。在單點(diǎn)連接情況下，返回艙以傾斜姿態(tài)吊掛在降落傘上，與降落傘一起下降。如果以傾斜吊掛姿態(tài)著陸，緩沖裝置就不能有效發(fā)揮緩沖作用。因此，必須使返回艙在著陸前轉(zhuǎn)成垂直吊掛形式。

轉(zhuǎn)換成垂直吊掛，就是返回艙由單點(diǎn)傾斜吊掛轉(zhuǎn)換成使返回艙成縱軸垂直于地面的雙點(diǎn)對稱吊掛，使返回艙以垂直姿態(tài)下降，為著陸緩沖裝置工作創(chuàng)造有利條件。

轉(zhuǎn)換吊掛方式的關(guān)鍵在于降落傘連接分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

其主要部件主傘接頭必須設(shè)計(jì)得非常緊湊、靈巧、可靠，并且不得阻礙傘包拉出。主傘接頭的上方通過主吊帶與主傘連接，下方與一根長吊帶和一根短吊帶連接，短吊帶下方又與吊索（金屬制品）相連接。主傘接頭通過分離螺栓與返回艙連接。此外，返回艙著陸后，主傘接頭還具有切斷主吊帶，實(shí)現(xiàn)拋掉主傘的功能。

推銷式連接與分離方案。單點(diǎn)吊掛時，主傘通過主傘接頭和分離銷實(shí)現(xiàn)返回艙與主傘的連接。當(dāng)返回艙下降到一定高度需要由單點(diǎn)吊掛轉(zhuǎn)換成垂直吊掛時，啟動火工裝置，利用其產(chǎn)生的燃?xì)鈮毫⒎蛛x銷推出，主傘接頭與返回艙分離，同時拉起原本松弛不受力的長、短吊帶，實(shí)現(xiàn)返回艙的垂直吊掛。

短吊帶拉直后，將埋設(shè)在返回艙出口處周邊的垂掛吊索從保護(hù)層底下拉出；當(dāng)長吊帶拉直時，將底端的連接搖桿扳動約90°位置，限制吊帶位置，以免吊帶緊貼艙壁而磨損。于是返回艙就轉(zhuǎn)換成雙點(diǎn)垂直吊掛形式。

③降落傘收口

航天器回收著陸系統(tǒng)的降落傘開傘速度比較高，相應(yīng)的開傘沖擊力也很大。為了減小開傘動載荷，一般通過控制展開傘衣阻力面積和增加減速行程等措施來實(shí)現(xiàn)。為控制傘衣阻力面積，目前最常用、最有效的措施是采用傘衣底邊收口技術(shù)。傘衣底邊收口控制方法就是在傘衣底邊采用一根限制傘衣完全張滿的收口繩，收口繩的長度按傘衣底邊完全張滿時的周長縮短一定比例，從而限制了傘衣的張滿程度，使其外形像一只倒掛的燈泡，進(jìn)而使得傘衣阻力面積較之完全張滿時的面積明顯減小。

一般在每個傘衣幅底邊裝上一個收口環(huán)，并在傘衣底邊安裝數(shù)個收口繩切割器。用一根繩子穿過每個收口環(huán)和收口繩切割器穿繩孔，收攏到某一程度，兩端結(jié)牢，使傘衣展開后呈收縮狀態(tài)。傘繩拉直瞬間，借用拉直力，通過旁系支繩，啟動收口繩切割器擊發(fā)裝置，按預(yù)定的延遲時間，切割器把繩子切斷，解除傘衣狀態(tài)，然后完全充滿。

傘衣收口裝置主要由收口環(huán)、收口繩和收口繩切割器組成。收口環(huán)是由金屬制成的如同戒指形的小圓環(huán)，固定在傘衣底邊內(nèi)側(cè)的每根傘繩上方。收口繩依序穿過每一個收口環(huán)及收口繩切割器的穿孔，然后兩端系牢，展開后形成一個封閉圓圈。收口繩切割器是一種具有延時切斷繩索功能的火工裝置。在傘繩拉直過程中，通過傘繩分支的連接繩，啟動切割器擊發(fā)支耳，擊發(fā)火帽，引燃延時火藥，經(jīng)預(yù)定數(shù)秒鐘的燃燒后，點(diǎn)燃推進(jìn)劑，推動圓筒形切刀，將穿過其穿繩孔的收口繩切斷。收口繩切斷松綁后，傘衣就可傘上要安裝2個或3個收口繩切割器，只要其中1個工作，就可以接觸收口狀態(tài)

④開傘控制

神舟飛船采用壓力高度控制法，就是利用大氣靜壓和高度的對應(yīng)關(guān)系控制開傘。它基于飛機(jī)上常用的氣壓式高度表的工作原理，即通過氣壓式高度表感應(yīng)當(dāng)?shù)氐拇髿忪o壓力，間接推算出當(dāng)?shù)氐母叨取?/p>

在飛機(jī)上，氣壓式高度表是通過皮托管來感受大氣靜壓的，但航天器上安裝皮托管是比較困難的，只能在其側(cè)壁上開孔取壓。這樣，高度信號器不是真實(shí)地感受當(dāng)?shù)氐拇髿忪o壓，而是航天器上的總壓，即動壓和靜壓之和。因此，對于航天器進(jìn)入過程中動壓的影響，需要通過風(fēng)洞試驗(yàn)加以修正，以保證控制精確性。

由于開傘是回收著陸關(guān)鍵的第一步，高度控制裝置的可靠性至關(guān)重要。因此在其設(shè)計(jì)上一般要采取以下：

采用多組高度控制開關(guān)來進(jìn)行備份。神舟號飛船壓力高度控制器采用了10km、6km、5km三組高度控制開關(guān)，其中在正常返回情況下，6km高度控制開關(guān)作為10km高度控制開關(guān)的冷備份；在中空救生情況下，5km高度控制開關(guān)作為6km高度控制開關(guān)的冷備份，從而提高神舟號飛船開傘控制的可靠性；

方法對每個高度控制點(diǎn)采用“三取二”冗余措施，以保證其工作可靠，神舟號飛船的10km、6km、5km三組高度控制開關(guān)，每組均采用了三個高度信號器，采用“三取二”冗余設(shè)計(jì)。

4.著陸緩沖裝置

有一個公式——mg=1/2ρv2C?A?

其中C?是降落傘阻力系數(shù)，A?是降落傘名義面積。可以看出，下降平衡速度v的平方正比于降落傘名義面積A?的倒數(shù)。因此，若單純用降落傘把返回艙減到著陸速度，所需的降落傘面積要大得無法想象，這是得不償失的，應(yīng)當(dāng)再覓一種減速方式。最終確定主降落傘裝置的傘降終端速度應(yīng)≤8 m/s，而備份降落傘裝置的傘降終端速度應(yīng)≤10 m/s 。

（1）著陸反推發(fā)動機(jī)減速

著陸反推發(fā)動機(jī)一般采用小型固體火箭發(fā)動機(jī)，主要部件有點(diǎn)火裝置、燃燒室、裝藥和噴管。圖中神舟號飛船采用的著陸反推發(fā)動機(jī)，主要由燃燒室殼體、噴管、點(diǎn)火器、帶墊片包覆藥柱、前擋藥板、后擋藥板、擋環(huán)等組成。

由于緩沖發(fā)動機(jī)的總沖量下，所以要求點(diǎn)火時間精確，能有效起到降低著陸沖擊的作用。但上文所提到的氣壓高度計(jì)就無法滿足需求了，因?yàn)榘l(fā)動機(jī)要求離地1.2m處點(diǎn)火，而氣壓高度計(jì)無法做到這樣精確。于是設(shè)計(jì)人員使用了伽馬高度計(jì)，利用伽馬源向地面發(fā)射伽馬光子，通過測量地面反散射的伽馬光子數(shù)來進(jìn)行測距。

（2）返回艙密封大底變形減速

拋掉防熱大底后，密封大底就成為了首先接觸地面的結(jié)構(gòu)。

返回艙密封大底的內(nèi)層是一個密封蒙皮，它與裝有密封圈的端框焊接在一起，它的外面焊有一些輻射狀的析條，最外面是一個鋁合金的緩沖球底，用1000多個螺釘將它與析條連接在一起，最終構(gòu)成一個金屬夾層（另一種方案是蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，但被否決）

在受到地面撞擊時，外層緩沖球底先變形，然后是桁條、密封底，通過結(jié)構(gòu)塑性變形吸能。

但由于受設(shè)備安裝要求的影響，密封大底在著陸沖擊時的變形空間有限，為了更有效降低大梁上的沖擊響應(yīng)，通過分析與比較，在內(nèi)蒙皮與大梁之間，采用了高空隙率吸能泡沫鋁新材料，這使座椅緩沖器底部受到的沖擊大大降低。

（3）座椅緩沖

著陸緩沖的最后一道防線是座椅，它能保證在反推發(fā)動機(jī)不工作的情況下使宇航員不至于受傷。

在返回段前段，座椅緩沖器呈收縮狀態(tài)，航天員處于半躺半坐狀態(tài)。在著陸之前，用火藥燃?xì)?/strong>將緩沖器伸開，將航天員座椅連同航天員一同提升抬高250毫米后，用鋼珠鎖自動鎖住，同時設(shè)有7道橡膠密封圈和2道金屬密封圈確保燃?xì)獠恍孤?，以此保證著陸時有足夠的緩沖。

著陸時，由于沖擊的作用，緩沖桿被壓縮，壓縮的程度由著陸沖擊強(qiáng)度決定。

緩沖器的核心部件是緩沖元件。這種元件種類很多，如鋁蜂窩結(jié)構(gòu)、蜂窩鋁、切削刀具，以及拉筒、緩沖拉桿、脹環(huán)和套筒等結(jié)構(gòu)。神舟號飛船緩沖器的緩沖元件是脹環(huán)和套筒。

返回艙著陸時，在人-椅系統(tǒng)的沖擊作用下，緩沖器下移，吸能組件厚度不完全相同的脹環(huán)依次通過錐環(huán)。由于錐環(huán)大端的外徑大于脹環(huán)的內(nèi)徑，因此在脹環(huán)通過錐環(huán)時均發(fā)生擴(kuò)徑現(xiàn)象，外部的沖擊能量轉(zhuǎn)變?yōu)槊洯h(huán)材料的變形能，達(dá)到吸收能量的效果。

5.后記

不記了，寫完拉倒。

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