我国载人飞船黑障区跟踪测量获突破 热头条

来源:网络 发布:2023-06-05 05:24:33

去年五月份,西安电子科技大学研制的国家首个临近空间超高速目标等离子体电磁科学实验装置项目验收。借助该试验装置进行的科学研究,实现了等离子鞘套下信息传输理论与关键技术突破。这一技术突破有助于宇宙飞船、高超音速飞行器、高超音速武器等突破黑障实现无线电通信和探测。这层等离子体外鞘会吸收无线电信号,造成无线电通信和雷达探测信号中断,被称为黑障。几乎在同一时期,我国天津大学姚建铨领导的另一个团队进一步拓展了这以技术领域的技术研究,攻克了在5倍音速或更高速度高超音速飞行条件下通讯中断的技术难题。从而可以有的放矢,为我们弹道导弹打航母提供更加强大的信息保障。我国载人飞船黑障区跟踪测量获突破究竟是怎么一回事,跟随小编一起看看吧。


(资料图片仅供参考)

去年五月份,西安电子科技大学研制的国家首个临近空间超高速目标等离子体电磁科学实验装置项目验收。借助该试验装置进行的科学研究,实现了等离子鞘套下信息传输理论与关键技术突破。这一技术突破有助于宇宙飞船、高超音速飞行器、高超音速武器等突破黑障实现无线电通信和探测。

我们知道,在地面以上20公里到100公里的高度是临近空间。在这一空间飞行的主要有弹道式导弹、宇宙飞船、高超音速飞机、高超音速导弹等高超音速飞行器。但是在这一空间飞行,无线电通信和雷达探测会遇到一个技术难题,那就是黑障。在临近空间这样的高度进行高超音速飞行,稀薄空气和高超音速飞行器的表面摩擦会发生电离,在飞行器表面会形成一层等离子体,称为等离子鞘。这层等离子体外鞘会吸收无线电信号,造成无线电通信和雷达探测信号中断,被称为黑障。

中国科学院院士、西安电子科技大学空间科学与技术学院院长包为民团队联合浙江大学、中科院合肥物质科学研究院、哈尔滨工业大学、空军工程大学、北京遥测技术研究所等高校和科研单位攻坚克难。从2017年到2022年,成功研制出国内首台高速目标等离子体电磁科学实验专用研究装置。投入运行以来在较短的时间内已经在地面实现了从L到Ka频段黑障现象的复现,提出了低频电磁波和动态自适应的抗黑障通信新方法。

实验结果表明:当等离子体覆盖通信天线时,系统能够实时根据驻波检测到等离子体的变化,使通信速率在4Mbps到250bps之间自动切换,换取了约40dB的额外增益,使得通信系统对等离子密度的耐受极限至少提高了一个数量级。换句话说,即使等离子体密度达到黑障临界值10倍以上,仍能在维持最低信息速率的条件下保持连续通信。成功实现了高速飞行器临界黑障区“通得好”、严重黑障区“通得了”的等离子鞘套下信息传输理论与关键技术的突破。

几乎在同一时期,我国天津大学姚建铨领导的另一个团队进一步拓展了这以技术领域的技术研究,攻克了在5倍音速或更高速度高超音速飞行条件下通讯中断的技术难题。姚建铨团队研制的激光器可以产生太赫兹频段的连续波电磁波,太赫兹波段的连续电磁波不但可以用于6G通信,而且可以毫不费力地高速穿透与M10飞行等效的等离子体。成功将穿透黑障的无线电频段从L到Ka频段扩展到了太赫兹频段。也就是说借助这一技术可以毫不费力地穿透黑障,实现高速无线通信及雷达探测。

有了这些科研成果,以后我们的神舟飞船再返回地球时就再也不会出现中途通讯中断的情况。可以让航天员实时和地面保持无线电通信,地面的测控雷达也可以连贯跟踪神舟飞船,不会出现丢失目标的情况。以后我国的DF21D、F26、DF27等弹道式反舰导弹就可以实现对海面目标进行连续跟踪,不会再出现跟丢目标的问题。不但可以实现连续跟踪,还能大大提高目标探测和数据链信号传输能力。

使用太赫兹频段可以大大提高通信带宽,可以使用SAR合成孔径雷达导引头,获取海面目标更高分辨率的雷达图像,实现更精准的目标识别。甚至可以实时将目标图像回传,让后方指挥机构获取更多目标详细情况。这样以后再打航母,我们对目标海区的态势感知能力就能再上一个台阶。可以看清航母编队的详细情况,搞清楚每一艘船的大小形状。分清哪一个目标是航母,哪一个目标是补给船,哪一个目标是护航舰艇。还能看清航母甲板上的舰载机运作情况。从而可以有的放矢,为我们弹道导弹打航母提供更加强大的信息保障。

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神舟十四号飞船的凯旋之路

神舟十四号载人飞船返回舱成功返回地面之前,将经历分离、制动、再入、减速、着陆缓冲5个阶段。

分离与制动阶段

此次返回仍然采用“快速返回方案”,即:神舟十四号在与空间站组合体分离后绕飞5圈就开始返回地面;之后,位于前段的轨道舱与中段的返回舱分离;返回舱、推进舱两舱组合体再通过制动变轨,使舱体从近400公里的圆形轨道变成近地点低于100公里的椭圆轨道;随后,推进舱和返回舱分离,返回舱以精确计算的再入角度进入地球大气,推进舱在穿越大气层时烧毁。

再入阶段

神舟十四号返回舱的外形像一个上窄下宽的大钟,再入之前,舱上自带的发动机会将返回舱调整为大底朝前的配平状态,以升力控制的方式再入。再入的过程中,返回舱和大气层空气剧烈摩擦,形成包裹住返回舱的等离子区,造成地面与舱体之间信号中断,这段时间被称为“黑障区”,在这个过程中,地面无法通过任何遥控方式对飞船进行控制,依靠飞行器全自动处理。

减速阶段

在距离地面40公里左右时,飞船已基本脱离“黑障区”。返回舱上安装了静压高度控制器,通过测量大气压力来判断所处高度。当返回舱距离地面10公里左右时,静压高度控制器会给出一个信号,引导伞、减速伞和主伞相继打开。三伞的面积从几平方米增大到几十平方米再到1000多平方米,通过这样逐级开伞的方式以减小过载,保护航天员。另外,为防止减速伞和主伞张开瞬间承受的力太大,在开伞时会处于收口即半打开状态,工作几秒后再完全打开。同时,为了保证航天员的生命安全,提高回收着陆系统工作的可靠性和安全性,返回舱上还配置了备份降落伞。飞船一旦检测到故障,就会按照预定程序切换到备份降落伞工作状态。

着陆缓冲阶段

防热大底是飞船进入大气层后的“铠甲”,等主伞完全打开后不久,返回舱就会抛掉这身“铠甲”,伽马高度控制装置开始工作,通过发射伽马射线,实时测量距地高度。当返回舱降至距离地面1米高度时,底部的伽马源发出点火信号,舱上的4台反推发动机点火,产生一个向上的冲力,使返回舱的落地速度进一步降至3米/秒。同时,安装缓冲装置的航天员座椅会在着陆前开始抬升,使冲击的能量被缓冲吸收,充分保证航天员落地的舒适性,体现了飞船设计“以人为本”的理念。

返回舱安全着陆后,为保证地面搜救系统及时搜索到返回舱,除布设一定数量的雷达,跟踪测量返回舱轨道并预报落点位置外,返回舱上还安装了自主标位设备,告诉搜救人员“我在这里”。

整个返回过程的顺利进行,离不开航天科技集团五院各个分系统的参与。GNC(制导导航与控制)分系统负责飞船在制动和进入大气层阶段的姿态控制;热控分系统、结构机构分系统的舱外表面防热材料、防热涂层以及缓冲装置全程保障航天员的生命安全;回收着陆分系统通过降落伞精准制动,在着陆缓冲发动机的帮助下稳稳落地;测控分系统、数管分系统、总体电路分系统则扮演了“天地传音”和“智能网络”的角色,提供能源、收集整理数据和传递信号,确保全程零差错。

来源:科技日报

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