6月3日，中國航天科技集團有限公司長征三號乙運載火箭成功發射風云四號B星不久后，又一個好消息讓大涼山深處的西昌衛星發射中心再次熱鬧起來：我國成功實現國際首次火箭助推器落區安全控制飛行驗證。

據悉，在本次長三乙火箭飛行任務中，首次搭載了300平方米可控翼傘，大型翼傘攜帶助推器按照歸航程序操縱控制并安全著陸，標志著我國具備了4噸級載荷的可控回收能力。

“這也是全球采用翼傘控制圓滿歸航的最重的火箭分離體，試驗獲取了落區控制系統的全部飛行數據，為后續傘降落區控制技術工程應用，以及火箭殘骸落區安全性的提升提供重要參考。”長三甲系列運載火箭副總設計師胡煒介紹。

“實質上是一個可控的飛行器”

發射前夕，矗立在塔架上的“金牌火箭”看起來與往常有些許不同，其中一個助推器上多了“兩道杠”，還頂著一個黃色“小帽子”。

正是在該助推器上，搭載了由一院總體設計部抓總研制的傘降落區控制系統。其中，傘系統由五院508所研制。

傘降落區控制系統有三級，包括穩定傘、減速傘和翼傘，翼傘是核心。前面兩級的作用是穩定和減速，為翼傘創造一個比較好的開傘條件。

“翼傘就像翅膀一樣，實質上是一個可控的飛行器，能滑翔和可操控。”508所助推器大型翼傘回收系統項目技術負責人滕海山說。

據介紹，傘系統也叫翼傘精確回收系統，與神舟飛船、新飛船的回收系統相比，最大的區別在翼傘上。

任務中，當翼傘打開時，實際上它的工作才開展了一半，最終目標是通過自主歸航將助推器等載荷控制到預定的落點，實現精確回收。

在這次搭載驗證中，300平方米的翼傘是目前我國在研最大面積翼傘，重量足足有一百六七十公斤，規范完成了展開、歸航、避障3個動作。該系列動作也是判斷本次飛行驗證成功的重要依據。

要把又大又重的傘裝在火箭助推器上的狹小空間內，操作已經不易，更難的是要讓它能夠順利展開并進入滑翔狀態。

傘控系統總體設計師張普卓介紹，對于火箭助推器來說，在分離后姿態不穩定的條件下，怎么實現安全結構分離，安全開傘并且打開之后使傘不受破壞，有相當大的難度。

據了解，展開時要先拉出傘繩，然后再拉出傘衣。但翼傘與普通傘的構造不同，翼面為矩形，傘繩長短不一，在展開過程中，弦向（縱向）和展向（橫向）兩個方向的展開不一定同步，這就必須有一個耦合的過程，需要通過先前反復迭代的模型進行復雜計算。

避障能力則體現在比較具體的方面，比如一些村落的人口聚集區、水庫等，軟件上事先設定好這些需要被保護的目標點，在下降過程中能夠自動避開。

本次驗證中，2700公里范圍內共設置了21個避障區， “這次實現得相當完美，離得最近的避障點有10公里~12公里。”滕海山表示。

在這次長三乙火箭飛行任務中，助推器與芯級分離后，實現了高動態下的衛星導航連續定位，在預定高度執行了各項關鍵動作。

最終，在翼傘的作用下，助推器按預定的歸航策略向目標機動點飛行，試驗獲得了圓滿成功。

火箭殘骸落點精準控制迫在眉睫

傘降落區控制系統的成功驗證，為中國航天創造了又一個“國際首次”，是火箭助推器精確回收領域的重要里程碑，也為后續火箭分離體精確回收和可重復使用提供了有力支撐。

通俗來講，未來該系統能夠讓完成發射任務的火箭殘骸在可控制的狀態下降落，以便于落在更合適的安全區域，盡可能減少對落區的影響。

火箭殘骸落區安全控制是各國進行航天發射時都要面臨的問題。宇航發射前，一般會確定火箭殘骸落區范圍，通常選擇人口稀少的地區。執行發射任務前，有關部門會向航區、落區發布通知，進行人員疏散等準備工作。

事實上，雖然劃定了落區，但這個落區范圍較大，涉及的疏散人員比較多。火箭發射分離后，鑒于當時的速度位置以及風力等因素，并非完全受控。

此外，近年來落區周邊的人口和設備設施愈發密集。在高密度宇航發射的背景下，落區精準控制迫在眉睫。

據了解，傘降落區控制系統主要針對我國發射頻率最高的長三乙火箭助推器落區控制與回收而研制。

從“十二五”開始，508所先后完成了助推器縮比模型80平方米翼傘的設計和驗證。 “十三五”期間進行了全尺寸助推器翼傘回收技術的攻關，歷時5年，通過多架次翼傘拖曳試驗、高塔投放試驗、空投試驗等，突破了大型翼傘的氣動結構設計、鏈式收口技術，以及線目標、多目標歸航及避障控制等多項關鍵技術。

“目前正在研制用于整流罩上的相關產品，下一步要追求的目標就是優化結構，進一步實現減重。”滕海山表示。

未來，大型翼傘精確回收技術不僅能夠實現運載火箭助推器、整流罩的落區控制和回收，還在重型救災物資空投、艦船補給等方面也有廣泛的應用前景，實現更加精準的投放。

隨著技術更加成熟，未來的可重復使用返回式衛星等都可采用翼傘回收系統實現精確回收。（鄭恩紅）