12月17日凌晨1時(shí)59分,嫦娥五號(hào)返回器按照預(yù)定方案,在內(nèi)蒙古四子王旗安全著陸,成為中國(guó)航天史上的又一壯舉。從登月后展開(kāi)的國(guó)旗,到各種高性能復(fù)合材料拼接而成的返回器外殼,再到幫助返回器安全著陸的降落傘,都少不了紡織高性能材料的身影……
在各類氣動(dòng)減速裝置中,降落傘以其質(zhì)量輕、包裝體積小、減速效率高等優(yōu)點(diǎn)在各類航天航空任務(wù)中得到了廣泛應(yīng)用,已經(jīng)成為多種飛行器減速及安全回收的重要裝置。
降落傘系統(tǒng)是探月返回器返回著陸段一個(gè)重要的氣動(dòng)減速裝置,其主要功能是當(dāng)返回器二次再入大氣層,且速度、高度下降至預(yù)定范圍時(shí),利用降落傘的氣動(dòng)阻力,穩(wěn)定返回器的姿態(tài),降低返回器的下降速度,最終使返回器著陸速度滿足指定的要求。
研究表明,根據(jù)探月返回器的總體布局要求,要保證返回器的垂直著陸速度要不大于13m/s,降落傘系統(tǒng)需采用側(cè)向彈蓋開(kāi)傘的方式(與神舟飛船類似),降落傘系統(tǒng)重量應(yīng)不大于9kg,傘艙蓋重量約為8kg,且為帶有穩(wěn)定翼的不規(guī)則氣動(dòng)外形。同時(shí),彈蓋開(kāi)傘產(chǎn)生的作用力方向還不能通過(guò)返回器的質(zhì)心、降落傘與返回器之間的連接也只能采用單點(diǎn)吊掛方式,因此,降落傘傘繩也需要具有足夠的強(qiáng)力和穩(wěn)定性。
降落傘組成
在材料方面,嫦娥五號(hào)返回器降落傘采用的為“錦絲綢”,主要材質(zhì)為錦綸,也就是我們俗稱的尼龍,但“錦絲綢”采用的是高性能錦綸,普通的錦綸長(zhǎng)絲強(qiáng)度大約在5.0cN/dtex,而高性能錦綸的單絲強(qiáng)度就可以達(dá)到7.5 cN/dtex。除此之外,還需要對(duì)這層錦絲綢進(jìn)行特殊的功能整理,如耐高溫、阻燃、防電磁輻射等。
在航天工程中,降落傘的繩帶一般采用超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPEF),它化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,抗老化性能強(qiáng),具有超強(qiáng)的耐磨性和自潤(rùn)滑性。通過(guò)凝膠紡絲法制得的超高彈性模量和強(qiáng)度的纖維,其拉伸強(qiáng)度高達(dá)3~3.5GPa,拉伸彈性模量高達(dá)100~125GPa。它的纖維比強(qiáng)度是迄今已商品化的所有纖維中最高的,大約是芳綸的2倍,碳纖維的5倍,鋼絲的10倍。
關(guān)于嫦娥五號(hào)的返回器降落傘系統(tǒng)從2011年就開(kāi)始研制,經(jīng)歷了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和型號(hào)全周期研制工作,進(jìn)行了大量的地面試驗(yàn)、仿真試驗(yàn)和空投試驗(yàn),對(duì)降落傘系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行了充分的驗(yàn)證,并經(jīng)歷了月地高速再入返回任務(wù)飛行試驗(yàn)驗(yàn)證,歷次空投試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)均確保了返回器安全回收,保證了月地高速再入返回任務(wù)的成功實(shí)施。
火箭橇試驗(yàn)情況
2014年11月1日6時(shí)42分,返回器圓滿完成了半彈道跳躍式再入返回的飛行試驗(yàn),以11.7m/s的速度安全著陸于內(nèi)蒙古四子王旗,也就是視頻中“小嫦娥”的飛行試驗(yàn)。