我国新一代载人飞船「梦舟」零高度逃逸飞行试验成功,该实验有怎样的意义?「梦舟」在未来会发挥哪些作用?
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梦舟一旦投入使用,就是世界上最先进的载人飞船,没有之一。
居住容积(13m^3)比猎户座和龙飞船(9m^3)大。dv比猎户座大,足够往返TLI~LLO,(猎户座一个登月飞船的dv不够往返TLI~LLO是真的无语,只能搞个意义不明的LRHO)。龙飞船只够在LEO活动。
rcs推进剂上猎户座用有毒的肼,梦舟用硝酸羟胺基无毒单组元推进剂,这种推进剂用在载人飞船上似乎是世界首创,安全性大幅提高并且大幅降低地勤的安全防护成本。
LEO梦舟和登月梦舟共用大部分部件,登月任务少,LEO任务多,保持较大产能以摊薄成本,可以规模效应摊薄研发成本甚至盈利,在没有登月任务时也能保持生产线和供应链运行,且可重复使用,成本肯定低于猎户座,使人类首次拥有可持续的载人登月和月球开发能力。而同时猎户座要被砍预算砍掉了。
气囊缓冲陆地着陆,成本和安全性也优于海上溅落。
梦舟和猎户座的发射重量都在26吨左右,更先进的指标并没有导致重量更大,可见有先进技术的应用,而不是普通的堆砌规模。
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咱们的载人月球探测工程又往前迈了一步!
当火箭在点火升空时,如果发生故障,航天员的生命安全将面临巨大威胁。那么,如何在紧急情况下保障航天员的生命呢?答案就是被誉为航天员“生命之塔”的载人发射逃逸系统。
为什么需要逃逸系统?
载人航天,人命关天。中国载人航天工程全线始终坚持质量第一、安全至上,始终把确保航天员安全摆在首要位置。发射逃逸系统用于在发射台上或飞行过程中,火箭发生爆炸或故障时将返回舱内的航天员带到安全区域,是载人航天飞行中的重要人员安全保障设施。
为什么要开展逃逸系统飞行试验?
为验证逃逸系统总体方案的可行性和设计的各项性能指标是否满足要求,往往需要单独针对逃逸系统开展飞行试验。
逃逸系统飞行试验一般分为两类,一是零高度逃逸试验,待发段逃逸初始距地面高度低、飞行时间短、飞行时序极其紧凑,为满足返回着陆时安全可靠开伞的条件要求,逃逸塔应满足一定的性能条件并进行验证;二是最大动压逃逸试验,运载火箭上升段需保证飞船逃逸能力和逃逸后落区满足条件,因此需要验证逃逸弹道及控制可行性,综合考虑逃逸环境条件恶劣情况和试验验证充分性。
我国载人发射逃逸系统曾开展了哪些飞行试验?
零高度逃逸试验
“零高度”指的是初始高度、速度均为零。1998年,我国成功实施了首次且唯一一次零高度逃逸飞行试验。此次试验模拟了运载火箭在发射台上出现故障时,神舟飞船的零高度逃逸救生飞行。

▲ 神舟飞船零高度逃逸飞行试验(起飞、工作、分离、开伞) 在零高度逃逸飞行试验中,试验船返回舱从逃逸飞行器中正常分离,返回舱弹伞舱盖、开引导伞、开减速伞、开主伞等动作均正常,验证了运载火箭系统总体方案设计的正确性和飞船应急救生系统的工作能力。
最大动压逃逸试验
为模拟长征二号F运载火箭在最大动压附近出现故障的情况,我国于1996年成功实施了最大动压滑轨试验,利用火箭撬进行了3次最大动压条件下的栅格翼释放展开试验,模拟了栅格翼的阻力,考核了气动力对逃逸飞行器结构的影响。
“梦舟”飞船逃逸系统是怎样设计的?
作为保障航天员生命安全的关键系统,我国新一代载人飞船梦舟的逃逸系统通过MBSE(基于模型的系统工程)方法进行了全面优化设计。梦舟飞船需兼顾载人月球探测和近地空间站任务,这两类任务在发射过程、工作时序、弹道历程、星下点轨迹等方面存在明显区别,这对飞船逃逸系统的兼容能力提出了新的挑战。
相对近地发射任务,执行登月任务的长征十号运载火箭起飞规模和爆炸当量大幅增长,且与长征二号F运载火箭全常规动力对应的故障模式及逃逸初始状态不同;相较于内陆发射的神舟飞船,梦舟飞船为濒海发射,气象条件复杂,工位附近设施多,上升段星下点以海域为主。因此,梦舟飞船必须具备更强的逃逸加速能力、逃逸适应能力,以及逃逸落点主动控制能力等。
梦舟飞船逃逸系统设计以“满足发射全程安全逃逸”为目标,采用了“大气层内逃逸塔逃逸+大气层外整船逃逸”方案,逃逸塔负责待发段至上升抛塔之间逃逸,抛塔后至近地入轨船箭分离则利用服务舱动力逃逸,逃逸及后续救生均由返回舱统一控制,实现了返回舱一体控制和整船资源高度复用。
科研团队根据飞船的逃逸模式和系统设计,梳理出逃逸弹道与控制、结构与分离、气动、动力、供电与信息等技术难点,分别开展了专题研究,并针对相关专项研究中识别出的关键技术进行了仿真和试验验证。
譬如逃逸主发动机和逃逸分离发动机已分别完成了整机热试车,对发动机内弹道性能、点火起动、热结构等进行了验证,逃逸主发动机同步开展了力热、噪声及喷流等环境参数测量。
▲ 逃逸固体发动机及轨控发动机热试车试验 今天,梦舟飞船零高度逃逸飞行试验获得圆满成功。根据工程计划安排,今年还将组织实施梦舟飞船最大动压逃逸飞行试验。
随着各项逃逸关键技术试验的逐步验证,未来我国载人发射逃逸系统将更好地满足任务需求,为航天员提供更加安全可靠的保障,助力我国载人航天事业迈向更远的深空。
来源:中国载人航天工程办公室
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关于此次零高度逃逸飞行试验的意义和作用,官媒和其他答主都回答得比较详细了。这个回答就从技术上聊聊这个逃逸系统各个部件的功能吧。
此次零高度逃逸飞行试验的现场照片如下图。这是一个火箭塔式结构,也是一种经典的应急逃生系统设计。

此次零高度逃逸飞行试验的现场照片 这种设计不仅出现在此次试验中,很多火箭也都有如此的设计,包括但不限于,水星号、阿波罗号、联盟号的逃生系统都是这种塔式结构,如下图。这种塔式逃逸系统在返回舱顶部安装了细长的逃逸塔,塔中配有强力固体火箭。当火箭发射前或飞行初期,如果出现异常,逃逸塔中的火箭会点火,将乘员舱拉离失控的火箭本体;随后,逃逸塔与舱体分离,飞船打开降落伞系统,安全返回。
水星号、阿波罗号、联盟号的塔式逃生系统 通常一个塔式的发射终止系统由下图中几部分组成。最主要的部分是逃逸发动机(Launch Abort Motor),这是逃逸系统的主动力装置,位于逃逸塔中轴,用于在发射过程中发生严重异常时,提供一个垂直向上的推力,进而将整个乘员舱迅速从火箭上拉离。它的特点是启动快,推力大(2秒内达到15g的加速度[1]),燃烧时间短。
塔式终止系统的组成部分 姿态控制发动机(Attitude Control Motor)在逃逸过程中控制飞船的方向与角度,确保它始终保持正确的飞行方向,不发生翻滚或偏离,通常安装在逃逸塔顶端四周(呈环形布局),像“小喷口”一样。它通过差异喷气,产生侧向小推力,微调姿态。
抛弃发动机(Jettison Motor)是为了主动抛弃整个逃逸塔结构,如果不及时抛弃,逃逸塔会变成飞行负担,所以需要在安全阶段抛弃发动机点火,移除逃逸塔。
整流罩是为了在发射初期防止空气冲刷损伤乘员舱,同时也为降落伞装置提供包覆保护;飞船返回舱就是航天员所乘坐的核心舱体,可承受逃逸过程中产生的高过载、高温、高速震动。
所以,基本过程就是:系统检测到异常,然后触发逃逸发动机启动,将整艘飞船迅速拔离火箭,然后,姿态控制发动机工作,调整飞船方向,保持气动稳定,等上升至安全高度后,抛弃整流罩与逃逸塔(抛弃发动机),飞船变为自由滑翔;之后,展开降落伞系统,由引导伞逐级展开至主伞;最终,飞船缓慢下降并安全着陆。
但是,这种塔式结构也是有一定弊端的,比如阻力较大,而且稳定性欠佳,所以最新的结构是无塔式逃生系统。下图是NASA试飞的无塔式逃生系统,据说移除塔结构后,阻力系数下降了约三倍,火箭底部的气动力弯矩减少了7%,提升了火箭飞行稳定性[2]。
“无塔式”逃生系统 好了,写到这里~
参考
- ^THE MAX LAUNCH ABORT SYSTEM – CONCEPT, FLIGHT TEST, AND EVOLUTION Michael G. Gilbert
- ^https://en.wikipedia.org/wiki/Max_Launch_Abort_System
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所有载人飞船在投入使用前,都需要进行逃逸测试。
逃逸分为地面测试和高空测试,目前我们的神舟和梦舟仅进行过地面测试。
而空X的龙飞船分别进行过两种测试。


地面测试就是在地面启动逃逸系统发动机,飞船原地起飞然后开伞着陆,相比之下,高空测试更接近实际使用情况,因为惯性、风速、震动等因素都可能会对逃逸发动机的工作产生影响。在地面测试没问题的,在高空实战中不一定就可以。
但高空测试成本较高,因为需要引爆一枚火箭才能完成测试,空X的这次测试也是使用多次复用的旧型号淘汰火箭发挥余热。我们目前没有可回收火箭,用一发CZ5自毁来完成测试会很奢侈。
不过,从理论上来说,龙飞船的逃逸系统还不是最可靠的,因为苏联\俄罗斯的联盟飞船逃逸系统真的实战过并且顺利带飞船脱险。
另外,梦舟和猎户座飞船一样,使用逃逸塔而不是类似龙飞船的自带逃逸发动机,这样即便飞船可以回收复用,但每次发射都需要消耗一根逃逸塔,成本会高不少。所以只适合发射频率低的月球等深空任务,不适合近地轨道任务。
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梦仙忙着在思考




