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俄罗斯研制新一代载人飞船的火箭动力着陆系统

环球时报特约记者宋华报道 据俄罗斯《观点报》10月11日报道,俄罗斯“能源”火箭航天集团公司总裁洛波塔10月11日披露了计划替代“联盟”飞船的新一代载人航天飞船技术面貌的个别细节,特别是研制中的新飞船将采用降落伞和喷气式着陆系统相结合的方式,从而使着陆精度得到十倍提升。

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目前载人航天使用的飞船原则上都是上世纪70年代,甚至是60年代研制而成的,无论是俄罗斯的“联盟”飞船、美国的航天飞机。在今后5到6年,甚至可能更长时间内,拥有最新型号TMM的“联盟”飞船仍将是唯一的往返式载人航天运输系统。不过,美国正在加紧研制新型“猎户座”飞船,力争尽快启用,进而全部更新美国载人飞船。俄罗斯同样也在努力研制新一代载人飞船。

俄罗斯新一代飞船“未来载人运输系统”概念图

俄罗斯新一代飞船“未来载人运输系统”概念图

俄专家指出,早在上世纪80年代中期西方媒体就开始披露苏联新型航天飞船研制情报,当时曾经确信新飞船将能多次使用,可携带机翼。2003年底以谢苗诺夫院士为首的俄科学家团队提出了“快帆船”载人航天运输系统构想,以多次性返回舱为基础,拥有先进的机翼,能在发射阶段在大气层实施空气动力学机动。但实际上,鉴于当前航天发射的强度和有效载荷的性质,多次性载人飞船在经济上并不划算,现在的趋势是需要使用经济且高效的一次性系统替代昂贵的多次性载人飞船,并开始在乘员安全保障系统框架内考虑飞船在大气层的机动性能,保证飞船起飞时机动舱随时可以和事故火箭脱离,在安全地区着陆,在轨后实际上可以在任何位置自由机动以紧急停止飞行,安全降落到选定的平台。返回时,可控飞船能在指定地区着陆,准确度可提升到几米,而不是现在的几十米。着陆精度的大幅提升可以减少搜救队伍,从几十件装备(直升机、飞机、越野车)降到几件装备,从而降低使用费用。

[本站2009年5月13日综合报道] 2009年4月,俄罗斯联邦航天局签发了总价值约3700万美元的两份合同,开始设计能将宇航员送往月球的下一代载人飞船和运载火箭。俄罗斯新一代飞船“未来载人运输系统”的一个标准特征是它的着陆系统。 新飞船着陆系统设计演进 未来俄罗斯载人任务将在俄罗斯境内降落,而飞船将只能飞越俄罗斯南部,下降模块需要大量机动力。同时,严格的研发期限和有限的资金不足以支持创新方案。 按照2008年的设想,在返回地球的三个小时中,“先进机组运输系统”将进行离轨发动机点火,从而把速度降低至130米/秒。飞船随后丢弃服务舱,其将在大气层中焚毁;乘员舱将开始40分钟的再入过程,凭借软着陆固体推进发动机降落地面。飞船装有可回收着陆架,可重复使用热防护系统以及12台固体推进着陆发动机。这使其不仅可以确保安全返回地面,还可能使用同一乘员舱执行多种航天任务。飞船将在海拔600-800米处进行发动机点火,垂直下降后,将在距地面30米处开始执行精确着陆。 俄罗斯工程师在长期的需求矛盾与折中获得了这种不同寻常的结构。2007年,俄罗斯政府做出重大决定,在远东地区建设新发射场,希望结束俄罗斯依靠哈萨克斯坦拜科努尔发射场的局面。这一发射场位于与拜科努尔几乎相同的纬度位置,这个重要的轨道机械参数决定了火箭的运载能力。 但是,这一决策使得如果使用传统的再入方式,只给返回的太空舱留下进入俄罗斯欧洲部分的狭窄通路。因此俄罗斯工程师不得不改进飞船的机动性,以使飞船能够引导自身进入半径仅为2千米的圆形着陆区域,而不是借助风力通过降落伞降落在哈萨克斯坦广袤的土地上。考虑到俄罗斯政府在2018年就要为新飞船的第一次载人任务做好准备,诸如飞行器形状和可展机翼“变压器”等基本方案被认为太过昂贵且具有风险。最终,利用火箭实现乘员舱着陆的方案胜出。 2009年3月,俄罗斯航天局在PPTS系统需求中,将对PPTS系统着陆半径的需求“放宽”到10千米,但仍指示工业界继续研究高精确着陆的各种备选方式。航天局的需求要求:乘员舱必须具备从轨道或在轨道动力飞行期间紧急返回地面的能力,以及在所有季节在任何无准备的陆地或海域着陆的能力。紧急逃逸和着陆能力在任务的每个阶段都要具备,并需要提供乘员生存能力,直到救援队和医疗队抵达。 2009年4月12日,俄新社引用未具名的航天官员的话称:新飞船将利用火箭动力着陆,使用环保发动机,可能使用酒精燃料。虽然这可能反映了研发周期中不确定的备选建议,固体发动机似乎仍然被认为是飞船最可行的着陆系统。 在此期间,报告显示更可能采用一种更适合PPTS系统的新固体推进着陆发动机结构。不使用12台具有独立喷嘴的发动机,而使用多个喷嘴进行固体推进,这显然可以在下降期间便于推力控制。与喷嘴相连的控制装置将允许调节发动机的推力向量,而固体发动机主体仍将位于相对于飞船主体的固定位置。因此,操纵着陆模块精确着陆将成为可能。据说这种设计基于俄罗斯现有的硬件基础,从而确保了着陆系统研发的低风险和低成本。 火箭着陆备选方案 作为备选方案,能源火箭宇航集团代表还提出了考虑新飞船以海上溅落的方式代替俄罗斯载人航天项目最初就使用的陆地着陆方式。海上降落将由营救和恢复舰艇支持,假如从Vostochny发射场发射时出现事故,太平洋上的营救和恢复舰艇还可以向乘员提供紧急服务。但是这项提议仍未能消减对高精度动力式着陆的需求,原因是从Vostochny发射场发射的最初阶段,飞船将飞越俄罗斯远东的森林,一旦出现紧急情况,飞船还需要有限的降落区域。 另外还有一套用于紧急情况的降落伞方案作为备选。但由于降落伞着陆的重量限制,必须将再入载具分为4.5吨的乘员舱部分和底部推进部分。包含降落伞在内的着陆装置包预计重250千克。考虑到发动机软着陆可能出现问题,推进部分将被丢弃,乘员舱将利用降落伞着陆。这种方法从2009年4月开始受到重视,但怀疑者称研发者最终还将回到传统的着陆方式上。 政府2009年春季启动PPTS 研发时,RKK Energia公司总裁声称,除了与美国“猎户座”乘员探索飞行器在外形上相似外,俄罗斯飞船将具有独特的特征反映俄罗斯的特点。这清楚地暗示了新飞船将使用火箭着陆而不是降落伞着陆。 (中国航天工程咨询中心 侯丹 曲佳)

[本站2009年5月13日综合报道] 2009年4月,俄罗斯联邦航天局签发了总价值约3700万美元的两份合同,开始设计能将宇航员送往月球的下一代载人飞船和运载火箭。俄罗斯新一代飞船“未来载人运输系统”的一个标准特征是它的着陆系统。 新飞船着陆系统设计演进 未来俄罗斯载人任务将在俄罗斯境内降落,而飞船将只能飞越俄罗斯南部,下降模块需要大量机动力。同时,严格的研发期限和有限的资金不足以支持创新方案。 按照2008年的设想,在返回地球的三个小时中,“先进机组运输系统”将进行离轨发动机点火,从而把速度降低至130米/秒。飞船随后丢弃服务舱,其将在大气层中焚毁;乘员舱将开始40分钟的再入过程,凭借软着陆固体推进发动机降落地面。飞船装有可回收着陆架,可重复使用热防护系统以及12台固体推进着陆发动机。这使其不仅可以确保安全返回地面,还可能使用同一乘员舱执行多种航天任务。飞船将在海拔600-800米处进行发动机点火,垂直下降后,将在距地面30米处开始执行精确着陆。 俄罗斯工程师在长期的需求矛盾与折中获得了这种不同寻常的结构。2007年,俄罗斯政府做出重大决定,在远东地区建设新发射场,希望结束俄罗斯依靠哈萨克斯坦拜科努尔发射场的局面。这一发射场位于与拜科努尔几乎相同的纬度位置,这个重要的轨道机械参数决定了火箭的运载能力。 但是,这一决策使得如果使用传统的再入方式,只给返回的太空舱留下进入俄罗斯欧洲部分的狭窄通路。因此俄罗斯工程师不得不改进飞船的机动性,以使飞船能够引导自身进入半径仅为2千米的圆形着陆区域,而不是借助风力通过降落伞降落在哈萨克斯坦广袤的土地上。考虑到俄罗斯政府在2018年就要为新飞船的第一次载人任务做好准备,诸如飞行器形状和可展机翼“变压器”等基本方案被认为太过昂贵且具有风险。最终,利用火箭实现乘员舱着陆的方案胜出。 2009年3月,俄罗斯航天局在PPTS系统需求中,将对PPTS系统着陆半径的需求“放宽”到10千米,但仍指示工业界继续研究高精确着陆的各种备选方式。航天局的需求要求:乘员舱必须具备从轨道或在轨道动力飞行期间紧急返回地面的能力,以及在所有季节在任何无准备的陆地或海域着陆的能力。紧急逃逸和着陆能力在任务的每个阶段都要具备,并需要提供乘员生存能力,直到救援队和医疗队抵达。 2009年4月12日,俄新社引用未具名的航天官员的话称:新飞船将利用火箭动力着陆,使用环保发动机,可能使用酒精燃料。虽然这可能反映了研发周期中不确定的备选建议,固体发动机似乎仍然被认为是飞船最可行的着陆系统。 在此期间,报告显示更可能采用一种更适合PPTS系统的新固体推进着陆发动机结构。不使用12台具有独立喷嘴的发动机,而使用多个喷嘴进行固体推进,这显然可以在下降期间便于推力控制。与喷嘴相连的控制装置将允许调节发动机的推力向量,而固体发动机主体仍将位于相对于飞船主体的固定位置。因此,操纵着陆模块精确着陆将成为可能。据说这种设计基于俄罗斯现有的硬件基础,从而确保了着陆系统研发的低风险和低成本。 火箭着陆备选方案 作为备选方案,能源火箭宇航集团代表还提出了考虑新飞船以海上溅落的方式代替俄罗斯载人航天项目最初就使用的陆地着陆方式。海上降落将由营救和恢复舰艇支持,假如从Vostochny发射场发射时出现事故,太平洋上的营救和恢复舰艇还可以向乘员提供紧急服务。但是这项提议仍未能消减对高精度动力式着陆的需求,原因是从Vostochny发射场发射的最初阶段,飞船将飞越俄罗斯远东的森林,一旦出现紧急情况,飞船还需要有限的降落区域。 另外还有一套用于紧急情况的降落伞方案作为备选。但由于降落伞着陆的重量限制,必须将再入载具分为4.5吨的乘员舱部分和底部推进部分。包含降落伞在内的着陆装置包预计重250千克。考虑到发动机软着陆可能出现问题,推进部分将被丢弃,乘员舱将利用降落伞着陆。这种方法从2009年4月开始受到重视,但怀疑者称研发者最终还将回到传统的着陆方式上。 政府2009年春季启动PPTS 研发时,RKK Energia公司总裁声称,除了与美国“猎户座”乘员探索飞行器在外形上相似外,俄罗斯飞船将具有独特的特征反映俄罗斯的特点。这清楚地暗示了新飞船将使用火箭着陆而不是降落伞着陆。 (中国航天工程咨询中心 侯丹 曲佳)

2006年俄罗斯进行“联盟”飞船替代品研制招标工作,但没有宣布中标方。尽管“快帆船”方案构想确认成功,但其研制工作当时仅处在草图设计阶段,进展缓慢,且有明显的不足之处。随后“能源”公司提出了更为详尽的设计方案,结果于2009年4月在俄远景载人航天飞船草案设计招标中胜出。公司总裁洛波塔曾经表示,尽管有关方面希望新型飞船具有轨道机动和大气层机动能力,但是最终还是选择了舱式布局,计划研制几种型号的新一代飞船,主要用于地球和近月轨道飞行、航天器维护、在轨故障卫星和太空垃圾的处置,其中无人型号的新飞船计划从2015年开始进行飞行试验。

编辑:国防科技网 责任编辑:张海

洛波塔此前曾表示,俄罗斯非常想拥有周围环境所允许的、使用机翼的航天飞船,当其以每秒7.8公里的第一宇宙速度,大约是子弹速度的10倍多,飞到大气层时,船体温度会高达2500摄氏度,公司在考虑能否经受这种高温考验的设计方案时最终放弃了机翼布局。飞船将采用喷气式着陆系统,利用着陆发动机的推力实现垂直软着陆。他在10月11日进一步明确指出,飞船仍将配备降落伞,计划在着陆时和喷气式发动机配合使用,之所以放弃单一喷气式发动机着陆模式,一是因为飞船在俄境内的个别着陆区地形过于崎岖不平,二是无论是在任何情况下都应确保着陆安全。使用降落伞和喷气式发动机着陆系统相结合的方式,新飞船的着陆精度将会提升到2公里,仅为“联盟”飞船20公里着陆精度的十分之一。但是他没有透露,在此情况下,返回舱能否如同预期的一样最多可以重复使用10次。不过,采用组合着陆系统后,新飞船造价和使用费将会大幅降低,洛波塔曾经表示,在首批飞行样品问世前,俄新型载人飞船的整体造价将比美国的“猎户座”便宜三分之二。

据悉,俄新飞船返回舱的最大直径为4.4米,是“联盟”飞船直径的两倍多。导航信息源将使用新型运动控制装置,结合使用格洛纳斯卫星导航系统接收器以及高精陀螺和光学传感器,通过中继卫星保持联系,可以确保随时通联,而不只是在飞越地面站上空时才能联系。新型载人航天飞船将以使用功能完整的元件的模块式构造为基础,无论是返回舱,还是发动机隔舱。返回舱内最多可容纳6人,同时还可在地面和轨道之间往返运输重约半吨的物资。

编辑:国防科技网 责任编辑:张海

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