我国载人航天工程迎来重要进展,长征十号运载火箭系统低空演示验证与梦舟载人飞船系统最大动压逃逸飞行试验在文昌航天发射场成功实施。此次试验是继长征十号运载火箭系留点火、梦舟载人飞船零高度逃逸飞行、揽月着陆器着陆起飞综合验证等试验后,又一关键研制性飞行试验,标志着我国载人月球探测工程研制工作取得重要阶段性成果。
此次试验亮点纷呈,涉及新型号火箭、新型号飞船、新发射工位以及火箭与飞船海上回收新任务等。参与试验的火箭和飞船均处于初样状态,火箭采用芯一级单级构型,此前已完成两次系留点火试验;飞船返回舱也进行了零高度逃逸飞行试验。为确保试验顺利进行,相关参试产品按可重复使用要求完成适应性改造,文昌航天发射场采用边建设边使用策略克服困难,着陆场系统针对飞船返回舱首次海上溅落回收技术难点开展针对性训练和演练。
试验当日,地面试验指挥中心下达点火指令后,火箭点火升空。到达飞船最大动压逃逸条件时,飞船接收火箭发出的逃逸指令并成功分离逃逸。随后,火箭一级箭体和飞船返回舱按程序受控溅落于预定海域,海上搜救分队于12时20分完成返回舱搜索回收任务。此次试验创造了多个“首次”:长征十号运载火箭首次在初样状态下点火飞行;首次开展飞船最大动压逃逸试验;首次实现载人飞船返回舱和火箭一级箭体海上溅落;文昌航天发射场新建发射工位首次执行点火飞行试验任务。试验成功验证了火箭一级上升段与回收段飞行、飞船最大动压逃逸与回收的功能性能,以及工程各系统相关接口的匹配性。
长征十号运载火箭是我国为载人登月任务研制的新一代运载火箭,采用三级半构型,最大高度约90米,起飞推力约2700吨,是目前国内最大且唯一能将载人飞船和着陆器送至奔月轨道的运载火箭。本次试验针对其芯一级开展低空飞行演示验证,尽管名为“低空飞行试验”,但技术难度和飞行高度远超字面含义。火箭芯一级最大飞行高度突破卡门线(100公里),达到105公里,进入近太空环境,面临更复杂的气动和热环境考验。
中国航天科技集团技术专家朱平平介绍,此次任务飞行剖面是中国航天史上最复杂的之一。火箭芯一级在国际上首次实现“上升段最大动压逃逸”与“返回剖面”结合飞行,这种“上升—返回”一体化验证是对火箭系统全局控制能力的极限测试,国际航天领域尚无先例。国际上,火箭完成最大动压逃逸分离后通常不再继续飞行,而此次任务中,火箭芯一级在将飞船送到最大动压点后仍需继续飞行并完成返回任务,所遭遇的最大热流和动压均为国内目前最高水平,对火箭结构、热防护系统及姿态控制提出严苛要求。
为应对复杂飞行剖面,火箭研制团队突破多项关键技术。为火箭配备“智慧大脑”,可实时评估发动机等关键设备在起飞段的健康状态;火箭芯一级在上升段通过发动机推力精确调节,满足飞船最大动压试验条件。火箭芯一级发动机还进行高空二次启动与悬停点火试验,返回段需完成两次发动机再启动,这对发动机可靠性、燃料管理及点火时序控制提出极高要求。在着陆阶段,火箭芯一级在距离海平面约3公里高度再次点燃发动机,进行最后着陆前的精确位置和姿态调整,最终在距离海平面约5米高度悬停后溅落于海面。针对返回试验中面临的国内最大热流和动压挑战,研制团队优化箭体热防护材料及结构布局,确保返回段箭体在高温、高压环境下的稳定性,并为后续重复使用积累数据基础。此次任务中,火箭芯一级还开展“网系回收模式”试验,通过箭船信息交互驱动回收平台模拟捕合动作,评估火箭与回收系统的匹配度。
梦舟飞船在此次试验中实现“极限逃逸”。试验当日,梦舟飞船随长征十号火箭芯一级点火升空后,火箭上升至距离海平面约11公里高度时达到最大动压工况,并向飞船发出逃逸信号。飞船逃逸系统迅速响应,依次完成服务舱和返回舱分离、发动机点火、姿态调整、逃逸塔和返回舱分离等关键动作,返回舱下降到8公里高度时降落伞顺利展开,最终安全着陆于预定海域,我国首次最大动压逃逸飞行试验取得圆满成功。
中国航天科技集团技术专家邓凯文介绍,火箭发射上升过程中,“最大动压点”是承受气流压力最大的时刻,此时飞船面临超音速气流扰动、姿态失控等多重风险,且逃逸决策与执行时间窗口短,对逃逸系统响应速度和可靠性提出考验。此次试验作为梦舟飞船与长征十号运载火箭的首次联合飞行,工况复杂,难度大、状态新、风险高,面临飞船舱段安全分离、上升段全程逃逸、高动压条件下的逃逸飞行控制等技术难点,对可靠性要求极高。
舱段安全分离是首要难题。与正式飞行任务火箭先关机、飞船后逃逸不同,此次试验中飞船逃逸飞行器需在火箭不关机、初始高动压、大角速度等条件下快速完成服务舱和返回舱分离,对分离可靠性、安全性要求极高。研制团队通过深入分析识别逃逸内外扰动特性,完成十万级打靶仿真与多轮风洞试验,确保分离控制系统安全可靠。上升段全程逃逸是另一难题,试验要求飞船对全程逃逸救生程序进行实飞验证,具备发射上升段任意时刻实施逃逸的能力。研制团队创新设计覆盖低空、中空、高空的全场景逃逸模式,并通过多轮弹道打靶仿真适配各类飞行偏差,实现发射上升段全程逃逸救生。针对高动压逃逸飞行控制难题,研制团队采用大推力固体姿控发动机与返回舱发动机复合控制方案,制导、导航与控制分系统突破逃逸弹道指向制导、复杂动力学特征飞行器稳定控制等关键技术,回收着陆分系统进一步验证群伞系统等关键产品的可靠性。
此前,我国曾于1998年成功实施神舟飞船首次零高度逃逸飞行试验,为载人航天积累宝贵经验,但在最大动压这一极端工况的逃逸验证领域长期存在技术空白。此次试验实现多个“首次”,包括首次组织实施飞船系统上升段全流程逃逸飞行试验、首次完成逃逸后落海及海上回收试验、首次在文昌发射场开展梦舟飞船全流程总装测试。这些突破填补我国在载人飞船高动压逃逸验证的技术空白,为载人月球探测工程筑牢关键技术根基。











