CN102310934B - 一种高海况条件下返回舱的回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天领域，一种高海况海上返回舱的回收方法，①救助直升机驾驶至海面返回舱(G)的上方；②救助直升机通过升降绞车的绳索将援救员降至以返回舱(G)为中心直径3米，高度为10米范围内；③用引导网射击器(H)将引导网(10)射向返回舱(G)；④引导网(10)在空中张开，下沉罩住返回舱(G)；⑤捕获装置的囊网(20)沿引导绳(18)下滑；⑥囊网(20)覆盖返回舱(G)并下沉；⑦收紧囊网(20)的起吊绳(22)收拢囊网(20)下部的开口；⑧由救助直升机的起吊装置卷起起吊绳(22)；⑨返回舱(G)被固定于直升机下部；⑩将返回舱(G)安置于救援船甲板或陆地上由轮胎组成的返回舱座架。本发明首次提出在高海况条件下，利用引导装置，分两步轻松、准确、可靠、安全地打捞返回舱(G)的方法。

Description

一种高海况条件下返回舱的回收方法

技术领域

本发明涉及航天领域，具体是涉及回收飘浮在高海况条件下海上返回舱的一种方法。

背景技术

航天救助是一项高科技集中的领域，从飞船发射到返回舱回收每个环节都凝聚了大量的科学技术。

火箭发射的前900秒之内，是飞船的危险阶段，一旦有问题，宇航员将通过逃逸系统逃逸；当载人飞船返回舱完成航天任务返回地球降落于海洋，海上保障队伍在飞船飞行路线相应海面上进行救助保障。在飞船发射期间或返回期间负责搜索打捞应急溅落在海上的返回舱，接收航天员的话音通信，并根据航天员的要求与其进行话音通信，救援航天员、兼顾返回舱回收，将航天员和返回舱转运到指定地点。

返回舱外型呈钟型，一般外形尺寸为高2.5米、最大直径2.5米；重量不大于3300公斤；吃水深度0.656米；具有漂浮能力，6级海况下能漂浮48小时，小头朝上。

低海况通常指浪级0～3级，波高0～1.25米；风力0～4级，风速0～7米/秒。现有技术，返回舱应急返回到海上时，返回舱回收系统是根据落点预报命令，由救捞船迅速赶往返回舱溅落点搜索返回舱，并及时更新返回舱位置信息，引导救捞船接近返回舱，由救捞船靠近返回舱，由人员和器械将返回舱整舱打捞起来，运至救捞船的甲板并固定，由医监医保人员根据航天员状态决定出舱方式，并协助航天员出舱。

或者，直升机搜索到降落在海面上的返回舱目标以后，悬停于返回舱上方二十米左右的高度，救援人员携带轻便的吊挂器械，通过起吊缆绳缓缓降落至返回舱顶部，将吊挂器械与返回舱顶部连接，连接稳固以后，通过直升机上方的起吊绞机缓缓将返回舱绞收至直升机底部，通过直升机底部的固定装置将返回舱夹紧，使其不会因直升机的倾斜而自由摆动。运送至目的地。

以上两种方式在低海况条件下可以比较顺利地完成打捞任务，确保航天员安全返回，但是一旦遇上高海况条件，

高海况通常指浪级4～6级，波高1.25～6米；风力5～8级，风速9～19米/秒。此时风高浪急，援救人员无法接近返回舱，因此低海况的吊挂设备与返回舱顶部连接困难。

高海况下，海况条件恶劣，返回舱随波浪剧烈震荡波动，援救人员更无法接近海面。因此必须采用囊网将返回舱兜住、收口，然后起吊返回舱。但是囊网体积较大，收口的吊绳相对较粗，总体质量大，人员难以控制及操作。

以上的救助方法将受到挑战，救捞船难以靠近返回舱，难以将返回舱打捞起来，救援人员携带轻便的吊挂器械，难以通过起吊缆绳降落至返回舱顶部，无法进行系吊操作，严重危及航天员的安全。因此，在高海况条件下，风高浪急，必须有一种比较可靠的救援、打捞返回舱方法和手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种在高海况条件下打捞、救援返回舱的方法和相应的器具手段。

本发明的目的由以下技术方案实现。

一种高海况海上返回舱的回收方法，包括漂浮在海面呈钟状的返回舱，其特征在于：

①救助直升机驾驶至海面返回舱的上方；

②救助直升机悬停在以返回舱为中心直径5米，高度为35米，正负30％的区域范围内，通过升降绞车的绳索将援救员降至以返回舱为中心直径3米，高度为10米，正负30％的区域范围内；

③援救员用引导网射击器将引导网射向返回舱；

④引导网在空中张开，下沉罩住返回舱；

⑤捕获装置的囊网沿引导网的引导绳下滑；

⑥囊网覆盖返回舱并下沉；

⑦收紧囊网的起吊绳，收拢囊网下部的开口；

⑧由救助直升机的起吊装置卷起起吊绳；

⑨返回舱被固定于直升机下部；

⑩救助直升机将返回舱安置于救援船甲板或陆地上由轮胎组成的返回舱座架。

所述引导网射击器能发射、扩大、覆盖的面积为直径10米，正负20％的区域范围。此范围是射击器容易实现的范围，且又能满足捕捉直径2.5米返回舱目标。

所述引导网重量为1000-

克之间。此范围便于在高海况条件下具有一定的射击距离和击中射击目标。

所述囊网为高强度绳编织件，可承重7000千克。此承重能承担起悬吊返回舱的重量。

在高海况条件下，救助直升机很难在比较准确的区域范围中悬停，因此，本发明提出了“救助直升机悬停在以返回舱为中心直径5米，高度为35米，正负30％的区域范围内，通过升降绞车的绳索将援救员降至以返回舱为中心直径3米，高度为10米，正负30％的区域范围内”的技术要求，上述要求在高海况条件下是比较容易实现，并且，在达到此要求后可以继续后续的救助捕捞工作。过分严格的要求在高海况条件下既难以达到，且也容易发生意外，且在本技术方案中也没有必要，因此所述数据是一个综合性的、科学的要求。

本发明采用了引导网射击器方法，通过采用引导网射击器可以增大打捞面积，克服高海况带来的巅簸，无法捕捉狭小目标的困难，可以在较动荡的条件下比较容易地抓住返回舱目标；

本发明提出的“引导网”方式是一种过渡性的举措，用引导网射击器一下是很难发射出一个既有大覆盖面，又很结实能够打捞起沉重返回舱的囊网，因此经过引导网方式，可以先期发射出一个轻巧，较大覆盖面的引导网，而且由于引导网的轻巧使得发射动作比较轻松、射出和目标比较准确；

经过引导网后，才正式出场打捞返回舱的囊网，囊网不必制作得很大的捕撒面积，只需要有比较结实和编织绳，有较强的承受力，囊网的捕捞完全是借助、依赖引导网的结构，在引导网的引导绳结构的引导下，轻松准确地套住返回舱，由囊网的结构，方便地由救助直升机将返回舱起吊装置采用起吊绞车，起吊运载转移至目的地。

本发明的优越性和有益效果：

①首次提出了在高海况条件下，由救助直升机进行救助的技术方案；很难在比较准确的区域范围中悬停，因此，本发明采用了引导网射击器方法，通过采用引导网射击器可以增大打捞面积，克服高海况带来的颠簸，无法捕捉目标的困难，可以在较动荡的条件下比较容易地抓住返回舱目标；

②本技术方案机动灵活，操作、实施方便，援救员不需携带牢固、结实、笨重的救援器具，只需使用轻巧的引导网射击器向返回舱发射，应能较准确地覆盖目标，提高救助的准确性；

③本发明首创的两步法，在轻松击中目标后，再由直升机顺着引导机构放下套置返回舱的囊网捕捞机构，救助、打捞动作既方便又可靠；

④本发明对救助直升机的悬停以及援救员的降落高度、范围提出了一个既能满足后继打捞行动，又在高海况条件下容易实现的技术要求；

⑤本发明克服高海况带来的不利条件，能以较小风险实现较可靠的救助打捞目的，为我国的航天事业发展作出贡献。

附图说明

图1是本发明高海况海上返回舱的回收方法的一种实施方式，水平方向观察的结构示意图；

图2本发明高海况海上返回舱的回收方法的一种实施方式，使用的引导网弹射器结构剖视示意图；

图3是本发明高海况海上返回舱的回收方法的一种实施方式，使用的引导网从上往下观察的俯视结构示意图；

图4是本发明高海况海上返回舱的回收方法的一种实施方式，引导网弹射器将引导网射出，引导网呈张开态，处于返回舱上部的状态示意图；

图5是图4是引导网下落，配重引导环沉入水中，引导网兜住返回舱的状态示意图；

图6是本发明高海况海上返回舱的回收方法的一种实施方式，囊网的铁环顺引导网的引导绳下滑，处于返回舱上部的状态示意图；

图7是图6是囊网顺引导绳下滑到返回舱底部，起吊绳逐渐收起，囊网围住返回舱的状态示意图；

图8是本发明高海况海上返回舱的回收方法的一种实施方式，起吊绳穿入铁环，其中一端从卸扣的圆孔中穿出的状态示意图；

图9是本发明高海况海上返回舱的回收方法的一种实施方式，配重引导环的结构示意图。

图中，1是固定支点、2是壳体、3是弹簧、4.气门芯、5是阀芯杆、6是通气孔、7是磁环、8是配重引导环、9是发射管、10是引导网、12是喷射腔、13是扳机杆、14是弹簧、15是贮气室、16是手柄、17是杠杆横杆、18是引导绳、19是铁环、20是囊网、21是尾部牵引绳、22是起吊绳、22a是卸扣、H是引导网弹射器、G是返回舱。

具体实施方式

以下对照附图，对本发明作进一步说明。

一种高海况海上返回舱的回收方法，包括漂浮在海面呈钟状的返回舱：

①救助直升机驾驶至海面返回舱G的上方；

②救助直升机悬停在以返回舱G为中心直径5米，高度为35米，正负30％的区域范围内，通过升降绞车的绳索将援救员降至以返回舱G为中心直径3米，高度为10米，正负30％的区域范围内；

③援救员用引导网射击器H将引导网10射向返回舱G；

④引导网10在空中张开，下沉罩住返回舱G；

⑤捕获装置的囊网20沿引导网10的引导绳18下滑；

⑥囊网20覆盖返回舱G并下沉；

⑦收紧囊网20的起吊绳22，收拢囊网20下部的开口；

⑧由救助直升机的起吊装置卷起起吊绳22；

⑨返回舱G被固定于直升机下部；

⑩救助直升机将返回舱G安置于救援船甲板或陆地上由轮胎组成的返回舱座架。

所述引导网射击器H能发射、扩大、覆盖的面积为直径10米，正负20％的区域范围。

所述引导网10重量较轻，重量为1000-

克之间。

所述囊网20为高强度绳编织件，可承重7000千克。

以下以实施例方式对本发明的技术方案作进一步介绍。

高海况下，海况条件恶劣，返回舱随波浪剧烈震荡波动，援救人员无法接近海面。因此本设计总体采用囊网20将返回舱G兜住、收口，然后起吊返回舱G。但是囊网20体积较大，收口的吊绳相对较粗，总体质量大，人员难以控制及操作。为了达到上述的目的，本设计在捕获返回舱G的前阶段增设了引导装置。引导装置采用手枪式弹射机构，内储存高压惰性气体及经压紧后抟拢在手枪体内的高强度丝状引导网10，整体体积小巧。援救工作展开时，直升机通过升降绞车的绳索将援救员降至距离返回舱顶部10米处悬停。援救员手持引导网弹射手枪，瞄准返回舱按动扳机，引导网10射向返回舱G。在弹射过程中，引导网10在空中迅速张开，以拢住返回舱G。

在工作前，预先通过气门芯4灌入高压惰性气体，气体储藏在储气室15内保存。将丝网抟拢放入弹射装置内。丝网的四条力纲与配重引导环8连接，配重引导环8被塞入发射管9内，被发射管9内置的磁环7吸引固定。

当援救员瞄准返回舱G后通过扣动扳机，使得扳机杆13向后滑移，通过杠杆机构，带动锥形阀芯的阀芯杆5克服弹簧3力向后移动。从而使得储气室15与喷射腔12、各发射管9导通，压缩气体瞬间释放，推动发射管9内的配重引导环8射出。带动丝网弹出，由发射管9的斜角导向作用使得引导网10在弹射中及时被张开。

由配重引导环8的惯性力作用，使得引导网10进一步张开，并迅速下降，网的张开直径范围在8-10米，最终罩住返回舱G。配重引导环8由于重力的作用在水中下垂，使得罩住返回舱G的引导网10不会被风刮走和浪打走。与此同时，均布的四根引导绳18与配重引导环8扎紧的一端随配重引导环8沉入水中，另一端控制在援救员的手中，或者可系缚在控制升降援救员的绳索上，以备引导起吊囊网20用。整个过程如图1、4、5所示。

引导网10的网线采用高强度尼龙绳用以罩住返回舱。在网片的四个角系缚配重引导环8，并且在配重引导环8系缚直径为5-6毫米的引导绳18，引导绳18的长度为12米，另一端控制在援救员，引导网10的结构如图3所示。

配重引导环8采用的结构如图9所示，下部配重环直径36毫米、配重引导环8高度为60毫米的金属圆柱体，用于在引导网弹射器弹射时获得较大的惯性力，使网快速张开并射向返回舱G。在罩住返回舱G以后，配重引导环8自然下沉，使罩住返回舱G的网靠配重引导环8的重力将返回舱G围拢。配重引导环8的上部金属环状结构用以系缚引导绳18。

整个引导装置是用于捕获返回舱G的先导装置，其目的在于引导网围住返回舱G以后，通过引导绳18，引导捕获装置的囊网20缓缓降落至返回舱G上围住返回舱G。因此引导装置的弹射器轻巧灵活，援救员可以随身带3-4个，以备前次弹射失误后更换。

捕获装置为强度较高的囊网20、起吊绳22、囊网尾部牵引绳21和若干个铁环19组成，如图6、7所示。

工作时，将囊网20的八个铁环19中选取均布的四个铁环19分别穿入四根引导绳18。囊网尾部牵引绳21缓缓放下，使得囊网20顺着引导绳18下降，起吊绳22始终处于松弛状态，如图6所示。当囊网20的口部由于铁环19的重力下降到返回舱G底部后，囊网20已经将返回舱G罩住。此时收紧起吊绳22，使得囊网20的口被逐渐收紧，如图7所示。其中起吊绳22可采用超高强度分子绳。

为了使囊网20的口部能够被收紧，起吊绳的连接方式如图8所示。八个铁环19与囊网袋口的纲连接，起吊绳22依次从八个铁环19中部穿过，其中起吊绳22的一端做成绳环状，与卸扣22a连接，另一端从卸扣22a的0形处穿越。在收囊网20袋口之前，为了保持囊网20口能够套过返回舱G，保持起吊绳22围成圈的圆周长，可以采用细绳将铁环19与起吊绳22扎牢。当返回舱G被囊网20套住以后，可以向上提拉起吊绳22，细绳被扯断，从而收缩袋口，最终将返回舱G吊起。尾部牵引绳21作为起吊过程中平衡方向用。

起吊装置采用起吊绞车，起吊能力为6吨。可以根据直升机的机载能力驱动力可以采用液压或者减速电机连接方式，都必须有制动装置，安全上可采用过载保护措施。

根据计算书的结果得知在零-四级海况下，直升机的起重绞车可以直接起吊返回舱，当在五级、六级的海况下，可在起吊绞车上设立安全装置，当在波浪周期内受力大于6吨，起吊装置起吊力释放，处于放松状态，当在波浪周期内返回舱的受力小于6吨，起吊装置快速起吊，使返回舱离开水面。

起吊后的返回舱G如不及时固定，容易在空中摆动，造成单摆现象，单摆会产生附加的惯性力作用于直升机上，使直升机负荷增加，同时由于该力的不稳定性容易使直升机操控困难，甚至引起事故。因此，起吊后的返回舱G必须被固定。

返回舱G固定形式可以采用四面夹紧的方式，在直升机底部安装常规的夹紧爪基座，四个夹紧爪安装在基座上，夹紧爪可以绕连接销子转动，爪上安有厚橡胶垫以便与返回舱壁的缓冲。工作时，直升机起吊绳22将返回舱G缓缓吊起，直至返回舱与四个夹紧爪接触，并通过起吊力使得返回舱G上部被夹紧爪固定。

无论直升机将返回舱G安置在陆地上或者船的甲板上，返回舱G的座架都可采用橡胶轮胎构成，中间安装四个直径为1100毫米的轮胎，厚度400毫米，一一相接。形成橡胶气垫，四周采用直径1100毫米的大轮胎，共十只，厚度为400毫米，双层，形成高度为0.8米的橡胶气囊围栏。轮胎之间采用两道绳索串联接，轮胎与甲板间采用压板压住，围栏的内径为直径2.6米，正好能够容纳返回舱入座。轮胎四周的底座板上设有眼板，若干绳索将轮胎与底座上的眼板固定。使得轮胎不会在甲板上滑移。当返回舱入座固定时，可用宽幅网带将返回舱G围住，在网带围成的圆形四周采用四条收紧带与平台上的眼板连接并逐一张紧，使返回舱G不再晃动，达到固定返回舱G的目的。

Claims (4)

1.一种高海况海上返回舱的回收方法，包括漂浮在海面呈钟状的返回舱，其特征在于：

①救助直升机驾驶至海面返回舱(G)的上方；

②救助直升机悬停在以返回舱(G)为中心直径5米，高度为35米，各在正负30%的区域范围内，通过升降绞车的绳索将援救员降至以返回舱(G)为中心直径3米，高度为10米，各在正负30%的区域范围内；

③援救员用引导网射击器(H)将引导网(10)射向返回舱(G)；

④引导网(10)在空中张开，下沉罩住返回舱(G)；

⑤捕获装置的囊网(20)沿引导网(10)的引导绳(18)下滑；

⑥囊网(20)覆盖返回舱(G)并下沉；

⑦收紧囊网(20)的起吊绳(22)，收拢囊网(20)下部的开口；

⑧由救助直升机的起吊装置卷起起吊绳(22)；

⑨返回舱(G)被固定于直升机下部；

⑩救助直升机将返回舱(G)安置于救援船甲板或陆地上由轮胎组成的返回舱座架。

2.根据权利要求1所述高海况海上返回舱的回收方法，其特征在于所述引导网射击器(H)能发射、扩大、覆盖的面积为直径10米，正负20%的区域范围。

3.根据权利要求1所述高海况海上返回舱的回收方法，其特征在于所述引导网(10)重量为1000—2000克之间。

4.根据权利要求1所述高海况海上返回舱的回收方法，其特征在于所述囊网(20)为高强度绳编织件，可承重7000千克。

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