第一篇 导言

第1章 回收着陆技术综述

回收着陆往往是返回式航天器工作的最后阶段，也是返回式航天任务成败的最终标志。数十年来，随着航天器回收着陆技术的发展，其应用领域日益扩大，除返回式航天器外，各类深空探测器、无人机、导弹武器、近空间飞行器乃至运载火箭等无不应用回收着陆技术。除了常规降落伞回收着陆技术外，高超声速充气式再入减速技术、动力主动减速着陆技术等新型的技术途径亦不断发展。

航天器回收着陆技术是指利用可展开气动减速装置或着陆缓冲装置，通过特定的控制手段，使需要返回或着陆的有效载荷减速与缓冲，直至按预定的程序和目的安全着陆和收回的技术。其主要任务是进行飞行试验的飞行器（除了卫星、飞船、深空探测器等航天器外，还包括火箭、导弹、无人机等各类飞行器）的全部或局部减速到规定的速度并安全着陆于地球或其他星球表面。航天器回收着陆技术是航天技术重要的组成部分，也是促进空间技术发展必不可少的关键技术之一。

航天器回收着陆技术作为一门综合性应用技术，一般包括总体设计技术、气动减速技术、着陆缓冲技术、控制和标位技术、系统试验技术、结构机构技术、火工技术等。在研制过程中，我们还发展了仿真和试验技术。随着技术的不断进步，仿真工作在回收系统研制中起到了越来越重要的作用。

总体设计技术：它是航天器回收着陆系统技术的核心，内容主要包括返回和回收轨道的设计、气动力与气动热的计算与分析、回收程序设计、系统组成及结构布局和接口设计等，总体设计决定了回收着陆系统减速、控制和着陆方案的确定及研制技术途径。自1958年建所以来，北京空间机电研究所研发了探空火箭、返回式卫星、“神舟号”载人飞船、“嫦娥”探测器等航天器回收着陆系统，以及无人机、导弹数据舱回收系统及空布水雷等飞行器的稳定减速系统等，形成了完善的回收着陆系统总体设计体系。

气动减速技术：它用于降低回收体的下降速度，主要采用降落伞进行减速。降落伞具有减速效率高、质量轻、包装体积小等特点，可在有大气存在的星球上，对飞行器实施减速。北京空间机电研究所拥有国内最先进的降落伞加工设备、特纺材料试验设备，还有与之配套的设施，如降落伞的包装大厅和晾伞塔等。北京空间机电研究所研制了各种类型的降落伞：从早期的平面圆形伞、方形伞，到现在的带条伞、导向面伞、环帆伞、冲压式可控翼伞，发展了降落伞工程设计理论。目前正在针对新型减速技术，例如IRDT（充气式再入减速技术）进行研究。

着陆缓冲技术：它用于减小回收体的着陆冲击，主要包括入地缓冲、触地缓冲和触地前减速。入地缓冲，是利用再入飞行器鼻锥体的外形，在插入地内的过程中吸收能量，这种方法比较简单，但受着陆区域的地质条件限制比较大。触地缓冲，是在飞行器着地部位垫上缓冲气囊或缓冲材料，通过缓冲气囊的放气或缓冲材料的变形来吸收飞行器的着陆冲击的部分能量，从而减少飞行器着陆冲击载荷。触地前减速，是在飞行器触地之前，附加一个反推力，使飞行器进一步减速，也就是着陆前启动缓冲火箭、利用火箭的推力使其进一步减速，甚至可以实现“零”速度着陆。

控制和标位技术：它用于实现回收程序控制、回收系统供配电和回收体标位。回收程序控制装置主要包括敏感器、控制器和供配电装置。回收启动的敏感器主要包括静压高度传感器、加速度开关、γ高度计等，可控回收中还采用GPS等导航设备作为位置、速度的敏感装置；控制器，最初是时间控制器，目前采用的是可编程的程序控制器，还开发了专门的空投用通用控制器，以及自动归航和手动归航控制器等；供配电装置能完成控制指令和遥测信号的转发，控制装置的状态监测，发射前系统的检测、程序的模拟、火工装置的测试等工作，它是回收系统重要的命脉，也是系统的可靠性和安全性集中体现的部件。标位装置用于提供飞行器位置信息，以便搜寻发现。标位装置主要有信标机、标位天线、闪光灯、漂浮气囊和海水染色剂等。

系统试验技术：它是航天器回收着陆系统研制必备的特有试验技术，包括各种地面试验、空投和飞行试验。地面试验，主要包括风洞试验、开伞方案验证试验、弹射分离试验、舱段级间分离验证试验、着陆缓冲试验、火箭撬试验等。近年来北京空间机电研究所还发展了地外天体探测器最终着陆段及模拟起飞的地面综合试验技术。空投试验的主要目的是进行降落伞开伞和强度特性、回收着陆系统程序和子系统之间的匹配性验证，除飞行试验外，空投试验最接近实际使用条件，成为回收着陆系统最有说服力的验证方式，北京空间机电研究所还发展了热气球、飞机及探空火箭等多种试验方式。

结构机构技术：它是回收着陆专业主要的支持技术，用于实现降落伞等气动减速装置、气囊等着陆缓冲装置的安装固定、连接分离，确保工作通道的畅通，并传递回收着陆系统的工作载荷。相关的装置主要包括伞舱、连接分离机构、转换吊挂机构、展开锁定机构以及着陆后的锚定装置等。

火工技术：火工装置是将火药的化学能转变成机械能的装置，它体积小、能量高，是实现回收程序工作的不可缺少的执行机构。根据其完成功能大致可分为解锁类、作动类、弹射类、切割类、阀门类、燃气类、小火箭类和点火器类等。北京空间机电研究所拥有完备的火工装置研制生产线、试验及测试设施。

60年来，北京空间机电研究所致力于航天器回收着陆技术的发展，形成并自主掌握了上述的完整技术体系。

航天器回收着陆技术目前主要涉及以下六个领域的应用：

（1）返回式航天器回收着陆领域，包括载人航天、运载火箭、空间科学等，涉及诸如载人飞船回收着陆、重复使用运载器回收着陆、返回式卫星回收着陆等。

（2）深空探测器进入与着陆领域，包括月球探测，火星探测，以及金星、木星、小行星探测等，涉及诸如月球取样返回器回收着陆、火星探测器降落减速与着陆、小行星着陆附着等。

（3）导弹武器减速与着陆领域，包括战略战术导弹、常规武器、空降空投等，涉及导弹数据舱及回收、水雷气动减速及姿态稳定、可控翼伞定点精确空投等。

（4）无人机回收着陆领域，包括固定翼无人机、旋翼无人机等，涉及诸如无人机无损回收着陆、旋翼机应急回收等。

（5）临近空间飞行器回收着陆领域，包括平流层飞艇等浮空器以及临近空间高速飞行器等，涉及诸如弹载浮空器减速浮空系统、超高速飞行器应急回收、超高速飞行器滑跑着陆等。

（6）回收着陆技术拓展及衍生应用领域，包括空间柔性展开结构及各类应用产业。涉及诸如充气伸展臂、柔性展开遮光罩、空间飞网等空间柔性系统，以及高空观光舱应急救生、高楼应急伞降救生、抢险救灾浮空系统等。

60年来，北京空间机电研究所结合航天器回收着陆技术的各类应用，研制开发了齐全的航天器回收着陆系统产品体系，所有产品均为自主研制，对各项型号任务的圆满完成发挥了重要作用。

回收着陆系统级产品主要有：载人运输飞船回收着陆系统、返回式卫星回收着陆系统、探空和科学实验火箭回收系统、地外天体取样返回回收系统、火星探测减速着陆系统、数据舱回收系统、气动减速与稳定系统、高速无人机回收着陆系统、低速旋翼机应急回收系统、高空气球载荷回收系统、弹载浮空器等。

单机级产品主要包括降落伞、着陆缓冲装置、结构机构、回收控制装置、回收标位产品和火工装置等。

降落伞主要有锥形带条伞、无肋导向面伞、环帆伞、方形伞、环缝伞、盘缝带伞、平面圆形伞、十字形伞、冲压式翼伞等数十种伞型产品。着陆缓冲装置主要有全向缓冲气囊、排气式缓冲气囊、软着陆支架、着陆反推发动机及近地高度敏感器等。回收装置结构机构主要有降落伞伞舱、数据舱、连接分离机构、转换吊挂吊索、可控伞伺服操纵机构等。回收控制装置主要有回收配电器、火工控制器、程序控制器、时间控制器、压力高度控制器、加速度开关、归航控制器、伺服驱动控制器等多种类型控制产品。回收标位产品主要包括回收信标机、回收应答机、柔性标位天线、闪光标位装置、海水染色装置、浮囊标位装置等，可采用多种手段实现空中、地面及水面标位。火工装置主要包括弹射器、弹伞筒、解锁器、脱伞器、收口绳切割器、气体发生器等，用于完成回收着陆系统需要的各种弹射、解锁、分离等动作。

（撰稿人：滕海山 唐明章 黄伟）

参考文献

[1]王希季．航天器进入与返回技术（上下册）[M]．北京：中国宇航出版社，1991.

[2]王利荣．降落伞理论与应用[M]．北京：中国宇航出版社，1997.

[3] Ewingeg, Knacke T W．回收系统设计指南[M]．北京：航空工业出版社，1988.

[4]降落伞技术导论编写组．降落伞技术导论[M]．北京：国防工业出版社，1977.

[5] Knacke T W. Parachute Recovery Systems Design Manual [M]. Santa Barbara: Para Publishing, 1992.