[科普中国]-航天降落伞

背景

史料记载，最先掌握降落伞工作原理的是中国人。早期，明代宫廷就有艺人使用降落伞作杂技表演。到19世纪，欧洲人才利用气球作跳伞运动。20世纪初，随着航空事业的发展，为拯救因事故而遇险的飞行人员，降落伞开始为航空界所采用。由于两次世界大战的原因，降落伞被广泛应用于空降部队，空投物资，飞机着陆减速，炸弹、水雷、鱼雷的稳定和减速等。

到了20世纪50~60年代，由于航天事业的发展，为降落伞开辟了更为广阔的应用领域，使降落伞事业得到蓬勃的发展。回收5t载荷的“阿波罗”飞船降落伞系统，成为降落伞技术进展的重要标志。

进入20世纪70年代，航天飞机的问世，降落伞技术又有飞跃的发展。重达78t的航天飞机固体火箭助推器在海上完整地回收，创造了重量级载荷回收的最高记录。探测器用的降落伞在金星和火星表面软着陆获得成功，开拓了在星际间应用的新领域。

目前国外正在研制由传统弹道式降落伞发展到滑翔式可控翼伞。最典型的是X-38航天飞机救生艇，翼伞面积为510m2，回收载荷达9t。

我国降落伞研究和生产机构于1951年由航空部门首先组建。1959年，北京空间机电研究所前身—上海机电设计院才开始组建降落伞研制小组。最初以回收探空气象火箭为对象，开展降落伞研制工作。后来随着火箭、导弹和空间技术的发展，降落伞应用领域愈来愈广泛。降落伞事业从此兴旺发达1。

性能特点由织物材料缝制而成，质地柔软，包装体积小，展开后，可获得比原包装状态数以百倍的阻力面积。它具有结构简单、减速高效、工作可靠、成本低廉的特点，所以被广泛应用于各种飞行器，作为气动减速和稳定装置。降落伞工作原理虽然简单，但要真正掌握这门技术。其技术难度主要体现在如下几个方面：

其一，处于紧密包装状态的降落伞，安置在飞行器内腔指定的部位，如何使它自行可靠地拉直展开?这是最为关键的技术之一。

其二，使用环境条件(主要是力学环境和热环境条件)恶劣。

其三，受到诸多条件的制约，如对降落伞体积和质量、开伞动载、下降速度、稳定性等要求愈来愈苛刻。

为解决上述难题，人们对此作了不懈的努力，技术发展日新月异，很快就成为一门独立的专业1。

发展情况从1964年到1974年，降落伞技术被广泛地应用于火箭、导弹、卫星及其他飞行器领域。

1964年，为导弹数据舱回收设计了6m2圆伞加带条的组合式降落伞，这是回收数据舱的首次尝试。后来根据型号的不同，又设计了环帆伞、半环形伞和导向面伞等。由于数据舱回收质量较轻，开伞速度不大。所以均采用单级降落伞，并借用弹舱盖的动能把降落伞拉直。

1966年，开始研制回收载荷为1500kg的“和平一号”探空气象火箭降落伞系统。该系统由引导伞、减速伞、主伞及其牵顶伞等组成。主伞为底边延伸的平面圆伞，伞衣面积450m2，采用倒拉式拉直主伞。为减小开伞动载，伞衣内底边采用收口装置，一次收口。主伞牵引伞为钟型导向面伞。减速伞为带条形伞，伞衣面积11m2。该降落伞系统打破传统设计方法，采用了不少新技术，通过空投试验获得成功。但尚未得到实际应用。1967年，曾研制回收载荷为2450kg的降落伞系统。1970年6月，全系统进行了空投试验，获得成功。但未被用户采用。上述两型号虽然都未得到实际应用，但为大载荷的回收取得可贵的经验。

1967年，为靶弹回收设计的降落伞系统回收载荷为640kg。该系统参加过飞行试验，情况良好。

1968年开始研制返回式卫星用的降落伞系统。起初，由于设计人员对卫星回收的特点和降落伞开伞过程的工作机理缺乏认识，仍然按照传统的方法进行设计。结果试验屡遭失败。后来吸收了其他型号的先进技术，采取了一系列改进措施，如弹引导伞由先前的爆炸螺栓改为弹伞器(最终改为弹伞筒)，增加了弹伞动能;采用两具串联式引导伞，提高拉减速伞的可靠性。减速伞和主伞拉直方式由顺拉改为倒拉，为减小开伞动载，减速伞和主伞均采用收口装置。此外，降落伞系统局部结构薄弱环节也都得到合理的加强，使系统设计逐趋合理，工作可靠性得到显著提高，终于能够胜任举世瞩目的返回式卫星气动减速任务2。

1969年，几乎与返回式卫星同时起步开展研制的还有回收载荷为3400kg的降落伞系统。它由两具减速伞和3具主伞组成。减速伞为锥形带条伞，单具伞衣面积为8m2，一次收口。主伞为环帆伞，单具伞衣面积为334m2，两次收口。减速伞采用弹伞筒开伞。减速伞分离后，立即以倒拉式拉出主伞。该系统进行过10架次空投试验，均获成功。虽然没有得到实际应用，但降落伞技术水平已上了一个台阶，为大载荷的回收打下坚实的基础。

1970年，为高空气象火箭设计了稳定下降的降落伞。该伞伞衣面积为40m2，盘缝形。经多次飞行试验结果表明，在60km高度的稳定性和下降速度均满足技术条件的要求。在研制返回式卫星等飞行器降落伞系统的期间，还做过大量风洞试验和方案性空投试验，对降落伞的工作机理和气动特性进行了深人分析研究，采用了新的工程方法和科学方法进行设计，使技术人员的设计水平得到显著的提高。在测量技术方面，光测、内测和遥测等技术全被采用。测量参数有：飞行弹道数据、开伞动载、伞衣应力、降落伞摆动角等，使得各种参数都有量化衡量指标。随着降落伞技术的发展；特种纺织材料也得到迅速发展。新研制的绳、带和绸布大约有数十个品种。而且材料的性能也大有改善，从而使降落伞的体积和质量有了显著的减小2。