中新網10月16日電 題：氣動技術關-“先行官”跑著選外型
——中國神舟神箭研制的12大攻關奇跡之十
作者：劉思燕
飛船返回艙的返回是從距地面350多公里開始的，到距地面100~80公里時，返回艙進入稠密的大氣層。前面說到的過載關、落點關包括火焰關就在眼前，此時考驗氣動技術的時候到了。所謂氣動技術，就是利用空氣動力學原理，為飛船返回艙的研制提供各種技術參數。其中，最有代表性的就是利用氣動技術為飛船返回艙選定外型。飛船的外型設計可不是光考慮美觀那么簡單，而是要通過設計出的外型來首先保證飛船所承受的過載、通過的熱流等能在安全范圍之內。
盡管表面看來，氣動技術到飛船返回時才發(fā)揮作用，但實際上氣動設計一直被稱為飛船系統工程中的“先行官”。因為，氣動設計技術的首要任務就是確定返回艙的外型，除此之外，許多分系統還要根據氣動參數進行設計。飛船從論證到設計研制，各系統基本是在一條起跑線上，大家一起起步的，但氣動設計這個“先行官”的角色，決定了氣動設計要快，要“跑”起來。實際上也的確如此，1990年12月，當飛船的可行性論證還在進行中時，飛船氣動組就成立了。
氣動設計的研制手段是通過風洞試驗、數字計算模擬、飛行試驗來實現的�？紤]到技術上的經驗少、時間緊，像飛船外型要求的大功角飛行飛流場結構復雜、機理復雜以及有限的經費，因而飛船的外型采用了類聯盟號外型，外型既有俄羅斯聯盟號的影子又參考了美國阿波羅飛船的外型特點，選定了倒錐體的大鈍頭外型。盡管現在大家看到的這個外型像是在“嚼別人嚼過的饃”，但實際上，當初，飛船的氣動設計人員手里除了世界上已知的飛船返回艙的照片外，一無所有。因而就是確定了這個外型的大致方案后，氣動設計人員還是進行了三類9個外型的預選方案。
因為確定返回艙外型的條件相當苛刻，要對外型的每一個尺寸進行優(yōu)化設計。優(yōu)化設計時需要考慮到這種外型的周圍熱流分布是否可減少防熱結構的設計難度，還要考慮該外型在飛行時能否保持穩(wěn)定的平衡狀態(tài)等等方方面面不下幾十項。最終還是得需要關鍵技術攻關來確定最終外型。攻關的過程是枯燥的，但當最終為飛船選定了外型，看到如脫胎換骨般降生的飛船時，氣動設計人員的心情可想而知。當神舟一號飛船成功返回時，氣動設計人員又因為這個外型設計捧回了國防科學技術進步二等獎。這時，記者從向記者描述這段過程的飛船氣動設計主管方芳的臉上，看到了枯燥和辛苦之后的甘甜。
確定了返回艙外型之后，下一個任務就是為各個分系統提供氣動力和氣動熱參數。前者是為返回軌道設計、返回導航和控制設計提供參數，后者的數據是為飛船返回艙的防熱結構做參謀。
飛船的氣動設計一開始就面臨試驗設備、技術設備不能滿足設計要求的難題。有誰能想到，飛船研制之初，氣動設計所需的最重要的試驗設備--大型風洞在國內還找不到。在如此艱難的情況下，設計人員從零開始著手開發(fā)和研制相應的數值模擬軟件，多數試驗都是以國內小風洞設備為主進行的。直到飛船的氣動設計完成后三年的2001年，一座大型風洞才在四川綿陽建成。
今天，我們很難想象當初飛船氣動設計所需的大部分亞跨音速風洞試驗、高跨音速風洞試驗等只是在小型風洞完成的。受試驗條件的限制，試驗模型也是超小型。在進行返回艙局部氣動試驗時，就遇到了熱環(huán)境參數的規(guī)律相對不好把握的難題。反反復復的試驗加在一起達上千小時。無數大量的計算是在701所等單位多方合作下完成的。但是也正因為飛船的氣動設計的起點差，逼著設計人員從一開始就“跑”著起步，并在8年的研制歷程中一直保持著奔跑的姿勢。隨著他們的“奔跑”，目前，飛船的氣動技術和風洞試驗設備已相繼建立起來，并達到了國際90年代水平。硬件上去了，軟件上也沒有落后，飛船氣動設計軟件的計算精度已達到國際先進水平，超過當初俄羅斯聯盟號的軟件水平，尤其是氣動設計軟件系統和風洞試驗數據庫的建立使飛船氣動設計達到規(guī)范化。
他們的領跑還帶動了一大批年輕人。在國內一次次大型氣動專業(yè)研討會上，氣動界的院士、專家不止一次地對神舟飛船氣動設計人員豎起大拇指。
