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天問一號其實(shí)帶了兩頂降落傘
幾天前,天問一號探測器成功著陸火星?;鹦侵懸鉀Q的一個(gè)關(guān)鍵問題是減速。速度怎么減下來?除了靠大氣摩擦和發(fā)動(dòng)機(jī)反推,另外方式就是使用降落傘了。
“降落傘是目前最經(jīng)濟(jì)、最高效的減速方法,國內(nèi)外所有的火星著陸任務(wù)均采用了降落傘進(jìn)行減速。”航天科技集團(tuán)五院508所總工程師黃偉說。
中國航天報(bào)記者專訪了黃偉,請他解答火星降落傘背后的黑科技。
天問一號攜帶了幾頂降落傘?
答案是兩頂。
天問一號采用一頂主降落傘,降落傘是鋸齒形盤縫帶傘,顏色為紅白色,展開面積達(dá)到了200平方米。傘的頂部是盤,接著有一圈縫,下面是帶,帶的尾部做成了鋸齒形,有利于承力和確保穩(wěn)定性。降落傘打開后,靠48根傘繩牽引。
還有一頂小的降落傘——筒蓋減速傘?!敖德鋫銢_破筒蓋(傘艙蓋)彈出后,為了防止筒蓋跌落砸到主降落傘,特意給筒蓋配了一頂小傘,主要目的是給筒蓋減速?!秉S偉說。筒蓋減速傘比主傘小很多,展開面積只有0.6平方米。
整個(gè)降落傘(含筒蓋減速傘)的重量不到40kg,包裝體積不到60升。
降落傘裝在天問一號什么部位?
真正降落火星的是天問一號探測器的著陸巡視器,著陸巡視器裝在進(jìn)入艙里,在進(jìn)入艙背罩穹頂?shù)恼路?,有一個(gè)60升大小的彈傘筒,降落傘就裝在彈傘筒內(nèi)。
彈傘筒大有學(xué)問。它是我國目前航天器使用的最大火工裝置之一,要一次性將降落傘以足夠的分離速度彈射出去,同時(shí)不能有太大的后坐力破壞著陸巡視器的結(jié)構(gòu)。
彈傘筒
傘艙蓋用于對降落傘進(jìn)行密封和熱防護(hù),要有足夠的連接強(qiáng)度,同時(shí)又不能太強(qiáng),因?yàn)橐WC能夠順利被傘包頂開。
天問一號的降落傘是如何工作的?
天問一號著陸巡視器進(jìn)入火星大氣后,先在自身的氣動(dòng)外形下減速,當(dāng)下降速度達(dá)到約2倍聲速,距離火星表面約11公里時(shí),要打開降落傘,以進(jìn)一步減速到約95米/秒。
著陸巡視器發(fā)出彈傘指令,彈傘筒內(nèi)的火藥點(diǎn)燃,火藥產(chǎn)生高壓燃?xì)?,推?dòng)桶內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng),活塞向外推降落傘的傘包,沖開尾部的傘艙蓋飛出彈傘筒。隨著傘包與著陸巡視器的分離,降落傘從傘包中以倒拉的方式逐步受控拉直,并充氣張滿。
另一邊,彈傘筒內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)到一定程度后,會被專門設(shè)計(jì)的捕獲包“抓捕”,防止它和傘包前后腳飛出彈傘筒,進(jìn)而撞擊到主傘包。筒蓋被傘包沖擊分離后,會拉出一定艙蓋傘,以確保筒蓋和主降落傘保持足夠的安全距離,防止碰撞。
在距離火星約1.2公里的高度,降落傘和背罩一同與著陸巡視器分離,降落傘的使命就結(jié)束了。
火星環(huán)境對降落傘有什么特殊要求?
火星降落傘的開傘條件比較特殊,主要體現(xiàn)在超聲速、低密度、低動(dòng)壓開傘。
超聲速條件下,前體產(chǎn)生的尾流對降落傘的穩(wěn)定充氣產(chǎn)生較大的干擾,降落傘的充氣形狀不穩(wěn)定會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的“呼吸”和“喘振”現(xiàn)象;火星大氣密度低,降落傘需要更大的面積,從而增加了重量和體積,另外在低密度情況下,降落傘的穩(wěn)定性會降低,擺動(dòng)角變大;低動(dòng)壓條件下,降落傘的氣動(dòng)阻力降低,導(dǎo)致從“呼吸”“擺動(dòng)”等狀態(tài)恢復(fù)到較穩(wěn)定的狀態(tài)變得相對困難。
綜合來說,火星降落傘是超聲速傘,這是我國在新飛船試驗(yàn)船任務(wù)后,第二次實(shí)戰(zhàn)超音速開傘,還要適應(yīng)低密度低動(dòng)壓條件下穩(wěn)定性干擾顯著的問題。這需要達(dá)到阻力性能和穩(wěn)定性能較好的平衡,以及開傘載荷和強(qiáng)度設(shè)計(jì)較好的優(yōu)化。
地面進(jìn)行模擬驗(yàn)證試驗(yàn)
與神舟飛船的降落傘比有何不同?
針對火星環(huán)境的不同,以往航天器的降落傘傘型(主要有環(huán)帆傘、帶條傘等)不適合火星探測器使用,它們或者不能滿足超聲速開傘的需求,或者不能滿足低密度低動(dòng)壓下的穩(wěn)定性需求,因此火星著陸選用了盤縫帶傘的傘型。
團(tuán)隊(duì)對盤縫帶傘的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,首次使用了一些新研的特紡材料。在傘繩連接等環(huán)節(jié),首次使用了插接工藝,與之前使用的縫紉工藝比,更能提升傘繩的強(qiáng)度,我國未來的航天降落傘將推廣這種插接工藝。
如何在地球做火星著陸模擬試驗(yàn)?
火星降落傘真正在火星上使用前,需要先在地球上進(jìn)行功能、性能、設(shè)計(jì)裕度等的驗(yàn)證?;鹦翘綔y任務(wù)的特殊性為降落傘減速系統(tǒng)的研制與驗(yàn)證帶來了巨大的挑戰(zhàn),這從歐空局近年來在火星降落傘高空試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)連續(xù)失敗可見一斑。
在地球上,最接近火星真實(shí)開傘條件的試驗(yàn)?zāi)M方法,就是高空開傘試驗(yàn),即在地球表面45km左右的高度創(chuàng)造一個(gè)超聲速開傘條件。團(tuán)隊(duì)采用了探空火箭的方式,將降落傘送到高空,進(jìn)行了高空開傘試驗(yàn)驗(yàn)證。
文/中國航天報(bào)記者 趙聰 圖、視頻/航天科技集團(tuán)五院508所
- 原標(biāo)題:天問一號其實(shí)帶了兩頂降落傘
- 責(zé)任編輯: 劉騫 
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