編者的話：據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，2月11日，我國在文昌航天發(fā)射場成功組織實施長征十號運載火箭系統(tǒng)低空演示驗證與夢舟載人飛船系統(tǒng)最大動壓逃逸飛行試驗。此次試驗是繼長征十號運載火箭系留點火、夢舟載人飛船零高度逃逸飛行、攬月著陸器著陸起飛綜合驗證等試驗后，組織實施的又一項研制性飛行試驗，標(biāo)志著我國載人月球探測工程研制工作取得重要階段性突破。
飛行試驗創(chuàng)造多個“首次”
中國載人航天工程辦公室發(fā)布的消息顯示，此次試驗具有新型號火箭、新型號飛船、新發(fā)射工位，以及火箭、飛船海上回收新任務(wù)等諸多亮點，參加試驗的火箭和飛船均為初樣狀態(tài)。其中，火箭采用芯一級單級構(gòu)型，前期進(jìn)行了兩次系留點火試驗；飛船返回艙前期進(jìn)行了零高度逃逸飛行試驗。為開展此次試驗，相關(guān)參試產(chǎn)品均按照可重復(fù)使用要求和流程完成了適應(yīng)性改造，文昌航天發(fā)射場按照邊建設(shè)邊使用的策略克服各種困難確保試驗如期實施，著陸場系統(tǒng)圍繞飛船返回艙首次海上濺落回收技術(shù)難點開展針對性訓(xùn)練和演練。
《環(huán)球時報》記者11日在文昌航天發(fā)射場看到，上午11時地面試驗指揮中心下達(dá)點火指令，火箭點火升空。在到達(dá)飛船最大動壓逃逸條件后，飛船接收火箭發(fā)出的逃逸指令，成功實施分離逃逸。隨后，火箭一級箭體和飛船返回艙分別按程序受控濺落于預(yù)定海域。12時20分，海上搜救分隊完成返回艙搜索回收任務(wù)。
此次試驗創(chuàng)造了我國多個首次：長征十號運載火箭首次初樣狀態(tài)下的點火飛行；首次飛船最大動壓逃逸試驗；首次載人飛船返回艙和火箭一級箭體海上濺落；文昌航天發(fā)射場新建發(fā)射工位首次執(zhí)行點火飛行試驗任務(wù)。此次試驗成功驗證了火箭一級上升段與回收段飛行、飛船最大動壓逃逸與回收的功能性能，驗證了工程各系統(tǒng)相關(guān)接口的匹配性。
文昌航天發(fā)射場鐘文安11日向《環(huán)球時報》記者介紹稱，此次試驗任務(wù)是長征十號系列火箭和夢舟載人飛船研制過程的里程碑節(jié)點，也是火箭回收和可重復(fù)使用技術(shù)的創(chuàng)新探索，將為我國載人月球探測工程、空間站應(yīng)用與發(fā)展工程提供重要支撐。
“長十”火箭通過多重考驗
長征十號運載火箭是我國為實現(xiàn)載人登月任務(wù)研制的新一代載人運載火箭。該型火箭采用三級半構(gòu)型，最大高度約90米，起飛推力約2700噸。它是目前國內(nèi)最大的一款運載火箭，能將載人飛船和著陸器送至奔月軌道，這也是國內(nèi)目前唯一能執(zhí)行這項任務(wù)的火箭。本次試驗任務(wù)，是對長征十號的芯一級開展低空飛行演示驗證。
“盡管我們將此次任務(wù)命名為‘低空飛行試驗’，但它的技術(shù)難度和飛行高度遠(yuǎn)超‘低’的字面含義。”中國航天科技集團(tuán)技術(shù)專家朱平平11日向《環(huán)球時報》記者介紹稱，本次試驗雖僅有長征十號火箭的芯一級與夢舟飛船配合飛行，但芯一級的最大飛行高度已經(jīng)突破了卡門線（100公里），達(dá)到105公里，這個高度已經(jīng)達(dá)到了后續(xù)正式任務(wù)芯一級的飛行高度。這意味著此次的試驗火箭已進(jìn)入近太空環(huán)境，面臨更復(fù)雜的氣動和熱環(huán)境考驗。
在采訪過程中，朱平平多次強(qiáng)調(diào)了此次任務(wù)長征十號火箭芯一級需要面臨的復(fù)雜局面。他表示，此次任務(wù)的飛行剖面是中國航天史上最為復(fù)雜的一次。此次任務(wù)中火箭芯一級在國際上首次實現(xiàn)了“上升段最大動壓逃逸”與“返回剖面”的結(jié)合飛行。這種“上升—返回”一體化驗證，是對火箭系統(tǒng)全局控制能力的極限測試，在國際航天領(lǐng)域尚無先例。
“國際上，火箭在完成最大動壓逃逸分離后，通常不再繼續(xù)飛行。然而，此次任務(wù)中，火箭芯一級在將飛船送到最大動壓點后，仍將繼續(xù)飛行，還需要完成后續(xù)的返回任務(wù)。這是國際上第一次將這些任務(wù)剖面結(jié)合在一起開展飛行試驗。”朱平平表示，此次試驗包含完整的返回剖面，長征十號火箭所遭遇的最大熱流和動壓均為國內(nèi)目前最高水平。返回段需承受極端高溫和氣動載荷，對火箭結(jié)構(gòu)、熱防護(hù)系統(tǒng)及姿態(tài)控制提出了嚴(yán)苛要求。
為了實現(xiàn)這一復(fù)雜的飛行剖面，火箭研制團(tuán)隊重點突破了多項關(guān)鍵技術(shù)。
“我們?yōu)榛鸺鋫淞恕腔鄞竽X’，可實時評估發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備在起飛段的健康狀態(tài)。”朱平平介紹稱，長征十號火箭芯一級在上升段通過發(fā)動機(jī)推力精確調(diào)節(jié)，確保滿足飛船最大動壓試驗條件，這為后續(xù)任務(wù)積累關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
火箭芯一級的發(fā)動機(jī)還進(jìn)行了高空二次啟動與懸停點火試驗。據(jù)了解，長征十號火箭芯一級在返回段需完成兩次發(fā)動機(jī)再啟動，第一次是高空二次啟動，實現(xiàn)軌道調(diào)整；第二次是著陸前懸停點火，為精準(zhǔn)回收奠定基礎(chǔ)。這對發(fā)動機(jī)可靠性、燃料管理及點火時序控制提出了極高要求。
“長征十號火箭芯一級達(dá)到預(yù)定關(guān)機(jī)點高度和速度后發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，隨后轉(zhuǎn)入返回段飛行。”朱平平進(jìn)一步介紹稱，這一階段試驗箭體的任務(wù)剖面更加復(fù)雜，需要試驗箭體在短時間內(nèi)完成滑行調(diào)姿、動力減速、氣動減速、著陸等一系列高精度動作。
據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，在著陸階段，長征十號火箭芯一級在距離海平面大約3公里的高度再次點燃發(fā)動機(jī)，以便進(jìn)行最后著陸前的精確位置和姿態(tài)調(diào)整。“我們會將芯一級的速度控制在非常小的范圍內(nèi)，在距離海平面大約5米的高度上。芯一級會懸停于海面，最后發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，芯一級濺落于海面。”朱平平表示，針對此次返回試驗中面臨的國內(nèi)最大熱流和動壓挑戰(zhàn)，研制團(tuán)隊優(yōu)化了箭體熱防護(hù)材料及結(jié)構(gòu)布局，確保返回段箭體在高溫、高壓環(huán)境下的穩(wěn)定性。后續(xù)會重新評估火箭是否具備下次飛行的能力，為此后的重復(fù)使用積累非常重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
此次任務(wù)中，長征十號火箭芯一級還開展了“網(wǎng)系回收模式”試驗。區(qū)別于傳統(tǒng)著陸腿回收，考慮到首次試驗的風(fēng)險控制，火箭在回收船旁200米的海平面預(yù)制模擬落點著陸，通過箭船信息交互驅(qū)動回收平臺模擬捕合動作，以此評估火箭與回收系統(tǒng)的匹配度，為后續(xù)實際回收積累經(jīng)驗。
夢舟飛船實現(xiàn)“極限逃逸”
2月11日上午，夢舟飛船隨長征十號火箭芯一級點火升空后，火箭上升飛行至距離海平面約11公里的高度時達(dá)到最大動壓工況，并向夢舟飛船發(fā)出逃逸信號。飛船逃逸系統(tǒng)迅速響應(yīng)指令，依次完成服務(wù)艙和返回艙分離、發(fā)動機(jī)點火、姿態(tài)調(diào)整、逃逸塔和返回艙分離等關(guān)鍵動作，返回艙下降到8公里高度時降落傘順利展開，最終安全著陸于預(yù)定海域，我國首次最大動壓逃逸飛行試驗取得圓滿成功。
“在火箭發(fā)射上升過程中，‘最大動壓點’即火箭發(fā)射過程中承受氣流壓力最大的時刻。此時，飛船處在氣流沖擊最猛烈的極端環(huán)境中，面臨著超音速氣流擾動、姿態(tài)失控等多重風(fēng)險，而且逃逸決策與執(zhí)行的時間窗口很短，對逃逸系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性提出考驗。”中國航天科技集團(tuán)技術(shù)專家鄧凱文11日向《環(huán)球時報》記者介紹稱，最大動壓逃逸飛行試驗?zāi)M的正是在火箭上升至海拔約11公里的最大動壓點處遭遇突發(fā)狀況時，飛船要克服惡劣的氣動環(huán)境條件，實現(xiàn)逃逸安全和航天員救生。
據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，作為夢舟飛船與長征十號運載火箭的首次聯(lián)合飛行，本次試驗工況復(fù)雜，試驗難度大、狀態(tài)新、風(fēng)險高，并面臨著飛船艙段安全分離、上升段全程逃逸、高動壓條件下的逃逸飛行控制等技術(shù)難點，對可靠性要求極高。
其中，艙段安全分離是本次試驗的首要難題。與正式飛行任務(wù)火箭先關(guān)機(jī)、飛船后逃逸不同，此次試驗中飛船逃逸飛行器需在火箭不關(guān)機(jī)、初始高動壓、大角速度等條件下快速完成服務(wù)艙和返回艙分離，這對分離可靠性、安全性要求極高。為此，研制團(tuán)隊深入分析識別逃逸內(nèi)外擾動特性，完成十萬級打靶仿真與多輪風(fēng)洞試驗，最終確保分離控制系統(tǒng)安全可靠。
上升段全程逃逸則是面臨的另一個難題。鄧凱文介紹稱，此次試驗要求飛船對全程逃逸救生程序進(jìn)行實飛驗證，飛船要在發(fā)射上升段具備任意時刻實施逃逸的能力。研制團(tuán)隊創(chuàng)新設(shè)計了覆蓋低空、中空、高空的全場景逃逸模式，并通過多輪彈道打靶仿真適配各類飛行偏差，實現(xiàn)發(fā)射上升段全程逃逸救生。
而針對高動壓逃逸飛行控制難題，研制團(tuán)隊采用大推力固體姿控發(fā)動機(jī)與返回艙發(fā)動機(jī)復(fù)合控制方案。
“在此次試驗中，制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)突破了逃逸彈道指向制導(dǎo)、復(fù)雜動力學(xué)特征飛行器穩(wěn)定控制等關(guān)鍵技術(shù)，回收著陸分系統(tǒng)進(jìn)一步驗證了群傘系統(tǒng)等關(guān)鍵產(chǎn)品的可靠性。”鄧凱文稱。
此前，我國曾于1998年成功實施神舟飛船首次零高度逃逸飛行試驗，為載人航天積累了寶貴經(jīng)驗，但在最大動壓這一極端工況的逃逸驗證領(lǐng)域長期處于技術(shù)空白狀態(tài)。
此次試驗實現(xiàn)了多個“首次”。“此次試驗是首次組織實施飛船系統(tǒng)上升段全流程逃逸飛行試驗，還首次完成逃逸后落海及海上回收試驗。首次在文昌發(fā)射場開展夢舟飛船全流程總裝測試。”鄧凱文表示，這些突破不僅填補(bǔ)了我國在載人飛船高動壓逃逸驗證的技術(shù)空白，更為載人月球探測工程筑牢了關(guān)鍵技術(shù)根基。
