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航天同龄的空气动力研究所——载人航天的探路者
    日期:2003年11月19日    字体:【】【】【
中国航天报 记者 武铠 通讯员刘平
在航天科技集团公司有一家直属研究所,几乎所有类型的航天型号都要在他们这里经过一番“风吹雨打”才能走向研制一线。在载人航天中,他们对神舟飞船的外形选择、返回舱的平稳落地以及关系航天员生命的飞船防热等问题的研制做出了突出贡献。他们就是与中国航天同龄的空气动力研究机构———701所。

气动先行官
很多人都认为航天产品研制的第一步是总体设计,与专业研究所里的具体研究无关。其实不然,在701所有一群人专门做“算术”,他们就是默默走在总体设计前面的人。没有他们一天到晚的“算计”,总体设计部门的设计就是纸上谈兵。原因很简单,航天产品都是要上天飞行的,空气托举它们升空,空气动力自然和航天密不可分。航天器在空气中飞行将受到怎样的力,空气摩擦将使它怎样受热,这都是外形设计需首要考虑的问题。701所的计算就是要算出其中关键的数据,以便总体设计人员参考,这样航天器就能灵巧地借助“东风”直上九天了。
早在飞船立项初期,701所就经过大量的理论计算,做出了一套针对飞船返回舱气动特性的模拟软件,为飞船返回舱的外形设计提供了可靠的手段。其实701所对载人航天的参与还可以追溯到更早。据该所前所长、气动力学专家毛国良介绍,1989年他们就参加了载人航天气动协作攻关小组;参与制订了气动试验研究大纲,并归纳了气动十大关键技术。此后,他们的应用软件获得了部级二等奖,而且飞船研制的短线———防热问题也取得了进展。毛所长清楚地记得,为解决舷窗的防热问题,所里的老专家田震在风洞实验室度过了他的六十大寿,更值得庆贺的是那天晚上试验取得了最终成功,对于一个老航天来说,没有比这更好的寿礼了。
我们知道,中国的载人航天对国外的成果有所借鉴,中国也与他们建立了一些合作,比如中国航天员就曾被送往俄罗斯接受训练。在中国载人航天的对外合作中,701所做了开拓性的工作。
1992年,毛国良所长率团到俄罗斯进行技术交流,并引进了有关计算软件,这是国内和外方签订的第一个有关载人飞船的合作项目。经过消化后,该软件为总体设计部门提供了帮助。毛国良英语和俄语都很好,他干练的作风给俄国同行留下了很深印象,他们称他为“hardman”。从此,中俄关于载人航天的合作逐步加深拓展,成果丰厚。2002年,俄罗斯宇航科学院和俄罗斯航空航天局主席团联名授予毛国良和中国气动力学专家庄逢甘等三人“齐奥尔科夫斯基奖”,以表彰他们为中俄宇航科学合作做出的贡献。

风洞奠基础
701所的15兆瓦风洞闻名航天。风洞是模拟航天器飞行状况的重要设备,观察模拟吹风就可以得出大量气动力数据。在载人航天中,701所的风洞试验取得了突破。原来,所内没有高超声速风洞,有些试验无法进行,载人航天立项后他们开始全面建设直径为500毫米的
高超声速风洞。1994年,此座风洞取得了关键性的吹风成功,此后该风洞不断完善,为载人航天立下了汗马功劳。在这座风洞中完成的飞船姿控发动机喷流试验,得出了珍贵的数据,并首次应用于型号,为飞船的轨道、防热、控制及航天员生命保障奠定了基础。
此外,701所的跨超声速风洞和低速风洞也为飞船的设计提供了依据,他们的一项试验只用200分钟就完成了美国300分钟风洞试验得到的结论和数据。

防热建奇功
飞船返回舱在返回地面时将与大气层剧烈摩擦,到时它将变成一个大火球。怎样设计才能让返回舱不伤筋骨,航天员平安落地呢?701所的分析结论和模拟试验将是设计的主要依据之一。
该所气动热课题组建立了神舟飞船需要的热环境、热防护、热结构综合分析与评估系统。飞船的飞行环境复杂多变,这套系统全面显示飞船受热的情况,其周密细致可想而知。另外,飞船返回舱的表面并不平整,舷窗、天线、耳片凸起物等“小东西”的受热情况都要考虑进去,没有一丝不苟的科学态度,这些问题的解决就无从谈起。
返回舱用什么材料,这一点无疑是十分关键的。为此,701所改建了一座风洞,他们通过严格试验从设计部门提供的11种材料中选定了3种提供给设计部门,为设计部门选择材料提供了可信的地面验收结果。
记者在该所碰巧遇见了该所气动专家、全国政协委员李素循,她刚从国外参加学术会议归来。人们对我说起了一件有关她的趣事。神舟五号飞船返回舱运抵北京,开舱后不久又要运往港澳参加展览,中间只有几天在中华世纪坛展出。对返回舱有深入研究的李素循特别想看看它的烧蚀情况,就带着学生跑到世纪坛买了参观票,对着返回舱瞅了个够。人们都说搞航天的人把产品当成自己的孩子,对比这句话,李素循的举动有过之无不及。

协同克难关
载人航天要求火箭具备逃逸和故障检测功能,为攻克这两个难关,701所在基础领域贡献了力量。
对于气动力学来讲,外形越复杂,研究就越困难。面对逃逸塔、栅格翼等“新成员,701所气动力课题组采用大量数据、多种方法,研制出一套逃逸救生飞行器独有的计算软件,让设计部门不仅省了钱而且省了时。此外,逃逸系统需要得到抛塔后的逃逸飞行器气动力数据,他们提供的数据服务其中,获得了国防科工委颁发的技术进步三等奖。
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