中新網(wǎng)10月16日電 題：中國“神舟”“神箭”攻關(guān)故事之一：返回艙上演生死時(shí)速
作者：石磊
按行家的說法，飛船的載人環(huán)境是指生存環(huán)境與工作環(huán)境兩個(gè)方面。在生存環(huán)境中，又包括大氣環(huán)境、力學(xué)環(huán)境、溫濕度變化、大氣壓力控制等方面的指標(biāo)。艙內(nèi)環(huán)境直接影響到飛船載人飛行時(shí)航天員的生活、工作和安全。
說到大氣環(huán)境，于飛船而言，在密封的艙段內(nèi)，其實(shí)就跟家里裝修房子一樣，使用的各種材料加在一起，總會(huì)揮發(fā)出微量對(duì)人體有害的氣體，在里面呆的時(shí)間久了，就會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生不良影響。
在設(shè)計(jì)飛船的初始階段，其實(shí)是考慮到這一點(diǎn)的。但畢竟經(jīng)驗(yàn)不足，如對(duì)火工品的認(rèn)識(shí)，對(duì)艙與艙的連接、分離，返回艙著陸時(shí)拋傘艙蓋等以前沒有搞過的環(huán)節(jié)，雖然已采取了密封措施，試驗(yàn)中還是出乎意料地發(fā)現(xiàn)了細(xì)小的縫隙。點(diǎn)滴的泄露，對(duì)無人飛行器影響不大，對(duì)載人飛行的影響則無限放大,直接影響人的生命安全。
因此，在航天員的這個(gè)“家”中，裝修一定得是一流的，選擇一流的設(shè)計(jì)，使用一流的材料，創(chuàng)造一流的環(huán)境，讓航天員在云海踏浪的旅途中全無生命之虞。力學(xué)環(huán)境包括沖擊、過載、振動(dòng)、噪聲、旋轉(zhuǎn)等相關(guān)指標(biāo)的要求，比如過載不能超過多少G，噪聲不能超過多少分貝等。設(shè)計(jì)人員通過地面試驗(yàn)以及空投試驗(yàn)來獲取數(shù)據(jù)，看是否滿足指標(biāo)的要求。一旦發(fā)現(xiàn)問題，就得立即進(jìn)行整改。
2002年夏天，飛船返回艙著陸沖擊試驗(yàn)開始在北京郊外進(jìn)行。其目的主要是考驗(yàn)返回艙大底結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能否經(jīng)受住落地時(shí)的最后一擊。有人由此聯(lián)想：在飛船返回艙著陸的一瞬間，萬一緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常點(diǎn)火工作，會(huì)對(duì)艙內(nèi)的航天員造成怎樣的影響？這的確是個(gè)問題。為此，在年輕的飛船副總設(shè)計(jì)師張柏楠的帶領(lǐng)下，一個(gè)叫做著陸沖擊的專題攻關(guān)組成立了，成員來自研制飛船的中國空間技術(shù)研究院總體設(shè)計(jì)部、專業(yè)技術(shù)部、508所以及總裝備部的航天醫(yī)學(xué)工程研究所等單位。
專題攻關(guān)組從一切為航天員安全著想，精心設(shè)置了十幾種試驗(yàn)條件，也就是分析試驗(yàn)飛船在各種不同的返回狀態(tài)下，會(huì)對(duì)航天員身體造成多大沖擊與傷害。萬一飛船從太空返回時(shí)緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，飛船飛速而下，后果不堪設(shè)想，因此必須有相應(yīng)的并且可靠的對(duì)策。
生死時(shí)速，扣人心弦。這個(gè)問題一直牽掛著研制人員的心。
2002年4月，神舟三號(hào)飛船返回艙以完美的“坐姿”準(zhǔn)確地降落在風(fēng)沙彌漫的內(nèi)蒙古大草原上。一番長途跋涉，返回艙安然運(yùn)抵北京。技術(shù)人員對(duì)艙體進(jìn)行了仔細(xì)檢查，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了綜合分析。專家們認(rèn)為，這次的著陸沖擊環(huán)境滿足醫(yī)學(xué)要求。
這是一次正常著陸。如果是非正常狀態(tài)著陸，比如返回艙上的緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，情況就極端危險(xiǎn)。沖擊過大，會(huì)導(dǎo)致航天員受不同程度的損傷。為慎重起見，載人航天工程指揮部多次商討徹底解決這個(gè)“萬一”的隱患，穩(wěn)妥可靠地保證航天員平安落地。從今年開始，在北京郊外的試驗(yàn)場，研制人員相繼做了十幾種工況的著陸沖擊試驗(yàn)，即通過不同的水平速度、不同的垂直速度、不同的姿態(tài)，進(jìn)行多種組合試驗(yàn)，以此掌握相關(guān)數(shù)據(jù)，制訂相應(yīng)的改進(jìn)措施。視野開闊的試驗(yàn)場內(nèi)有一座高130多米高的鐵塔，吊臂長長的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去就像一個(gè)大老吊。返回艙的投放試驗(yàn)，就是將試驗(yàn)專用艙吊上去，從高空施放，落地時(shí)砸在塔下一塊籃球場大小、被稱為“著陸床”的特殊土地上，完成返回艙的模擬降落過程。說其特殊，是因?yàn)槟抢锏耐烈逊窃�，而是從遠(yuǎn)方“移居”而來。
飛船按計(jì)劃是在內(nèi)蒙古中部地區(qū)著陸回收，為模擬真實(shí)環(huán)境，試驗(yàn)用土本應(yīng)取自內(nèi)蒙古大草原，但那樣做畢竟不太現(xiàn)實(shí)，路途遙遠(yuǎn)，運(yùn)輸不便。為此，負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作的人員主動(dòng)求助專家?guī)兔�。他們�?qǐng)清華大學(xué)巖土力學(xué)教授前往內(nèi)蒙古實(shí)地勘察，甚至不惜用鉆機(jī)掘地15米取樣，最終弄清了當(dāng)?shù)赝临|(zhì)的有關(guān)參數(shù)，然后照“方”配“藥”，先后從北京、天津、河北一帶拉回了所需之材。這些“配方土”經(jīng)多次分層碾壓，達(dá)到四五米厚，精耕細(xì)作成了一塊土質(zhì)軟硬度與飛船返回艙真實(shí)落點(diǎn)一致的理想“試驗(yàn)田”，以此得到的數(shù)據(jù)才更真實(shí)、準(zhǔn)確。
2001年的北京，雨水特別多。從“試驗(yàn)田”里挖出的土，水分明顯大了。為保證試驗(yàn)質(zhì)量，他們將幾噸重的配方土重新挖起來，支起鐵板生上火，愣是“一鍋一鍋”地將這些寶貝土翻炒了一遍，直到“達(dá)標(biāo)”為止。再次鋪好土后，他們細(xì)心地為“試驗(yàn)田”蓋上了遮雨的塑料布，為試驗(yàn)做好最充分的準(zhǔn)備。給“試驗(yàn)田”建起塑料大棚，安裝可移動(dòng)滑軌，那是后來的事了。
著陸緩沖系統(tǒng)包括這樣幾個(gè)環(huán)節(jié)：緩沖大底、座椅緩沖器、座椅賦形墊聯(lián)合體和反推發(fā)動(dòng)機(jī)等。為降低著陸時(shí)航天員受到的沖擊過載，飛船研制人員分別對(duì)這幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)，采取了針對(duì)性的措施。他們?cè)诰彌_大底與大梁之間加裝了泡沫吸能材料；對(duì)航天員座椅緩沖器加以改進(jìn)，并反復(fù)“磨合”，避免如萬一出現(xiàn)“卡殼”現(xiàn)象而貽誤最佳啟動(dòng)時(shí)機(jī)，使其性能更加穩(wěn)定，緩沖功能更有保證，可靠性更高。為此，他們先后進(jìn)行了55次試驗(yàn)，獲取了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)了緩沖系統(tǒng)的緩沖能力。
分析表明，載人航天器在不同的飛行階段和不同的部位出現(xiàn)的故障概率均不一樣，一般在發(fā)射前準(zhǔn)備和發(fā)射階段發(fā)生事故或故障較多；而航天員發(fā)生意外一般在上升段和返回段。2003年5月，在飛船著陸沖擊已有較高可靠性的基礎(chǔ)上，航天科技集團(tuán)公司主管載人航天工程的副總經(jīng)理許達(dá)哲等領(lǐng)導(dǎo)，積極倡導(dǎo)抓緊研制更好、更安全的著陸緩沖機(jī)構(gòu)，保證中國首位登上太空的航天員平安返回地球家園。
9月中旬，經(jīng)過幾個(gè)月加緊研制改進(jìn)的新型座椅緩沖器安裝到了飛船返回艙內(nèi)的航天員座椅下面。在緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)因發(fā)生意外而不能正常點(diǎn)火工作的情況下，它可以將沖擊載荷產(chǎn)生的能量吸收，及時(shí)為航天員的生命安全提供保護(hù)。雖然它只是遭遇意外時(shí)才會(huì)被啟用的一個(gè)“備份”，但有它增添保險(xiǎn)系數(shù)，研制者的心踏實(shí)多了。
