新一代多用途载人飞船：返回舱虚拟振动试验

China Spaceflight: 新一代多用途载人飞船：返回舱虚拟振动试验

多用途飞船返回舱模型


    返回舱为圆锥侧壁加球冠大底的结构构型，其结构主体分为顶部、侧壁、大底三部分。

    顶部是返回舱的主要承力部件，需在返回段开伞过程中抵抗严苛的冲击载荷。顶部有伞舱、弹射器、GNSS 天线、黑障天线等设备。

    侧壁包括防热层、蜂窝板和壁板，其中防热层有4块，并与蜂窝板粘贴在一起，再用螺接的方式与壁板上的筋相连接。侧壁上主要安装有姿态控制、气动测量功能的设备。

     大底是缓冲着陆冲击载荷的关键部位，由内外两层蒙皮以及夹筋桁条组成。大底由金属大底和防热大底两部分组成，其中金属大底上主要安装有信息管理、能源管理、回收、气动测量等功能的设备；防热大底上布设了气动测量功能设备。

    多用途飞船返回舱有限元模型共有66693个节点、71956个单元。



    由于多用途飞船返回舱研制任务的需要，将不开展物理振动试验，虚拟振动试验是唯一的结构振动考核方案。

    北京卫星环境工程研究所建立了整星虚拟振动试验系统，该系统包含振动台的机械子系统、控制子系统、功放子系统、滤波及放大电路子系统；并通过虚拟振动试验工程化与应用技术研究，将已经取得的虚拟振动试验技术成果转化，建立了一套航天器虚拟振动试验工程应用软件系统，包含多系统联合仿真分析模块、分析模型修正模块、夹具分析仿真模块和试验条件分析模块。



    由于正在研制中的多用途飞船返回舱只要求进行虚拟振动环境试验，所以利用此工程应用软件系统对返回舱进行验收级、鉴定级振动环境条件的虚拟试验，并作出预示和评价。多用途飞船返回舱的虚拟正弦扫频试验和随机振动试验，试验的控制误差在±5%以内，符合多用途飞船返回舱虚拟振动试验技术要求。

    40t双振动台的垂直状态有限元模型包含6300个节点、5388个单元；水平状态有限元模型包含6596个节点、5217个单元。

    返回舱夹具模型包含1537个节点、904个单元。夹具第1阶固有频率大于100Hz，满足航天器振动试验对夹具刚度基本要求。

——摘自航天器环境工程第32卷第4期



    新一代多用途载人飞船返回舱型号项目，杨庆——载人航天总体部，他一人身兼三职，产保、进度、技术三大系统工程要素；探索并实践了重复使用设备产品保证体系；创造了12个月完成整器设计到AIT的工程业绩；突破了型号多项关键技术点。



    当世界还在关注神舟十号的时候，航天五院载人航天器总体研究室又展开了新一代多用途飞船的论证工作。新一代飞船技术先进，起点高、难度大，是我国载人航天器提水平、上台阶的关键项目。

    在方案论证的关键时刻，杨庆、吴文瑞、黄震等多位同志常常通宵达旦地做方案、改设计，终于在短短的三个月内，完成了多用途飞船返回舱的论证工作，实现了工程立项。

    如今货运飞船、新一代载人飞船型号任务正在稳步推进，载人航天器总体研究室将肩负起新的使命，走向载人航天新的征程。





方案设想
    目前我国只有长征2F一种载人火箭，经适应性改造后长征5和长征7火箭也可用于发射载人飞船。由于新一代载人飞船技术指标高于“神舟”飞船，整船重量也将显著增加，长征2F火箭已不能满足新一代载人飞船的发射要求。初步分析，经适应性改造后长征5和长征7火箭发射新一代载人飞船进入近地轨道的能力分别为14t和20t。
对应于两种运载火箭的新一代载人飞船如图14所示，重量分别为14t和20t。飞船采用模块化设计，两飞船返回舱完全相同，推进舱携带不同重量的推进剂以适应不同任务需求。飞船的主要技术特点为：
(1) 乘员人数：2~6人；
(2) 再入速度：适应第二宇宙速度再入；
(3) 自主飞行：≥ 21天；
(4) 停靠时间：≥ 2年；
(5) 速度增量；14t飞船800m/s，20t飞船1700m/s；
(6) 任务支持：14t飞船支持近地轨道、小行星与火星任务，20t飞船支持登月任务；
(7) 构型：两舱构型；
(8) 气动外形：返回舱采用钝头体外形；
(9) 逃逸方式： 自备动力逃逸或逃逸塔逃逸；
(10) 再入热防护材料：低烧蚀轻质防热材料；
(11) 返回舱主体结构：整体壁板结构；
(12) 回收：群伞+气囊，具备海上和陆地着陆能力；
(13) 发电：光伏发电系统；
(14) GNC：高精度导航敏感器，喷气控制；
(15) 测控通信：具备黑障通信能力；
(16) 可重复使用：主要通过着陆减损设计来保证可重复使用设备在着陆过程中受到尽可能小的冲击。

China Spaceflight: 新一代多用途载人飞船：返回舱虚拟振动试验

多用途飞船返回舱模型


    返回舱为圆锥侧壁加球冠大底的结构构型，其结构主体分为顶部、侧壁、大底三部分。

    顶部是返回舱的主要承力部件，需在返回段开伞过程中抵抗严苛的冲击载荷。顶部有伞舱、弹射器、GNSS 天线、黑障天线等设备。

    侧壁包括防热层、蜂窝板和壁板，其中防热层有4块，并与蜂窝板粘贴在一起，再用螺接的方式与壁板上的筋相连接。侧壁上主要安装有姿态控制、气动测量功能的设备。

     大底是缓冲着陆冲击载荷的关键部位，由内外两层蒙皮以及夹筋桁条组成。大底由金属大底和防热大底两部分组成，其中金属大底上主要安装有信息管理、能源管理、回收、气动测量等功能的设备；防热大底上布设了气动测量功能设备。

    多用途飞船返回舱有限元模型共有66693个节点、71956个单元。



    由于多用途飞船返回舱研制任务的需要，将不开展物理振动试验，虚拟振动试验是唯一的结构振动考核方案。

    北京卫星环境工程研究所建立了整星虚拟振动试验系统，该系统包含振动台的机械子系统、控制子系统、功放子系统、滤波及放大电路子系统；并通过虚拟振动试验工程化与应用技术研究，将已经取得的虚拟振动试验技术成果转化，建立了一套航天器虚拟振动试验工程应用软件系统，包含多系统联合仿真分析模块、分析模型修正模块、夹具分析仿真模块和试验条件分析模块。



    由于正在研制中的多用途飞船返回舱只要求进行虚拟振动环境试验，所以利用此工程应用软件系统对返回舱进行验收级、鉴定级振动环境条件的虚拟试验，并作出预示和评价。多用途飞船返回舱的虚拟正弦扫频试验和随机振动试验，试验的控制误差在±5%以内，符合多用途飞船返回舱虚拟振动试验技术要求。

    40t双振动台的垂直状态有限元模型包含6300个节点、5388个单元；水平状态有限元模型包含6596个节点、5217个单元。

    返回舱夹具模型包含1537个节点、904个单元。夹具第1阶固有频率大于100Hz，满足航天器振动试验对夹具刚度基本要求。

——摘自航天器环境工程第32卷第4期



    新一代多用途载人飞船返回舱型号项目，杨庆——载人航天总体部，他一人身兼三职，产保、进度、技术三大系统工程要素；探索并实践了重复使用设备产品保证体系；创造了12个月完成整器设计到AIT的工程业绩；突破了型号多项关键技术点。



    当世界还在关注神舟十号的时候，航天五院载人航天器总体研究室又展开了新一代多用途飞船的论证工作。新一代飞船技术先进，起点高、难度大，是我国载人航天器提水平、上台阶的关键项目。

    在方案论证的关键时刻，杨庆、吴文瑞、黄震等多位同志常常通宵达旦地做方案、改设计，终于在短短的三个月内，完成了多用途飞船返回舱的论证工作，实现了工程立项。

    如今货运飞船、新一代载人飞船型号任务正在稳步推进，载人航天器总体研究室将肩负起新的使命，走向载人航天新的征程。





方案设想
    目前我国只有长征2F一种载人火箭，经适应性改造后长征5和长征7火箭也可用于发射载人飞船。由于新一代载人飞船技术指标高于“神舟”飞船，整船重量也将显著增加，长征2F火箭已不能满足新一代载人飞船的发射要求。初步分析，经适应性改造后长征5和长征7火箭发射新一代载人飞船进入近地轨道的能力分别为14t和20t。
对应于两种运载火箭的新一代载人飞船如图14所示，重量分别为14t和20t。飞船采用模块化设计，两飞船返回舱完全相同，推进舱携带不同重量的推进剂以适应不同任务需求。飞船的主要技术特点为：
(1) 乘员人数：2~6人；
(2) 再入速度：适应第二宇宙速度再入；
(3) 自主飞行：≥ 21天；
(4) 停靠时间：≥ 2年；
(5) 速度增量；14t飞船800m/s，20t飞船1700m/s；
(6) 任务支持：14t飞船支持近地轨道、小行星与火星任务，20t飞船支持登月任务；
(7) 构型：两舱构型；
(8) 气动外形：返回舱采用钝头体外形；
(9) 逃逸方式： 自备动力逃逸或逃逸塔逃逸；
(10) 再入热防护材料：低烧蚀轻质防热材料；
(11) 返回舱主体结构：整体壁板结构；
(12) 回收：群伞+气囊，具备海上和陆地着陆能力；
(13) 发电：光伏发电系统；
(14) GNC：高精度导航敏感器，喷气控制；
(15) 测控通信：具备黑障通信能力；
(16) 可重复使用：主要通过着陆减损设计来保证可重复使用设备在着陆过程中受到尽可能小的冲击。