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好奇号火星车制动伞 发表评论(0) 编辑词条

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7周之内,美国宇航局的“好奇”号火星车便将在太空起重机的帮助下在火星表面着陆。在太空起重机利用绳索和制动火箭让“好奇”号慢慢降落盖尔陨坑之前,制动降落伞将首先打开,将“好奇”号以及太空起重机的速度降至亚音速。在设计“好奇”号制动伞过程中,宇航局将目光投向大约50年前进行的制动伞测试数据。

2009年3月和4月,“好奇”号的制动降落伞在世界上最大的风洞接受测试。这个风洞位于加利福尼亚州莫菲特场的美国宇航局艾姆斯研究中心

  “好奇”号的制动伞是这辆火星车降落过程中所受到大气阻力的主要来源。这个制动伞直径64.7英尺(约合19.7米),是一个盘缝带伞,由一个发射器打开。制动伞的主盘是一个圆顶形伞盖,顶部有一个洞,用于缓解空气压力。主盘下方有一个裂缝,充当通气口,防止伞盖破裂。裂缝下方是一条织物带,在设计上通过控制进气方向,提高横向稳定性。

  在地球上测试制动伞这样的“好奇”号重要组件并不是件容易的事情,因为火星大气的厚度只有地球的百分之一,引力只有地球的三分之一。在地球上模拟这些环境虽然能够做到,但费用极高。在“好奇”号研发初期,任何高空超音速测试的费用都会达到令人望而却步的程度。当时,美国喷气推进实验室的工程师将制动伞的研究工作分为几个阶段,每个阶段独立进行测试,测试对象包括发射器打开、伞盖充气,充气后强度,超音速性能以及亚音速性能。幸运的是,从上世纪60年代晚期开始,宇航局就掌握了高空超音速降落伞的数据,所针对的探测器与“好奇”号体积相当。

  在为1976年的“海盗”号火星任务研究相关细节时,宇航局拥有充足的预算,用于在上世纪60年代末之前将美国宇航员送上月球。在这种预算环境下,宇航局启动了3项降落伞测试计划, 分别是进入行星大气层降落伞计划(以下简称PEPP),超音速行星进入探测器计划(以下简称SPED)和超音速高空降落伞实验(以下简称SHAPE)。

  PEPP计划进行了16次高空超音速展开测试,其中有8次使用盘缝带伞,1次在上层大气层对直径64.7英尺的降落伞进行超音速测试。当时的降落伞共有72个幅段(“好奇”号降落伞共有80个幅段,用以降低织物压力和允许使用轻型织物)和72根将降落伞与束带连接在一起的伞绳。测试时,束带与载荷相连。载荷是一个直径15英尺(约合4.5米)的模拟飞船。

  1967年7月28日,整个结构——载荷以及减速伞——在新墨西哥州罗斯威尔的沃克空军基地进行测试,搭乘一个2600万立方英尺(约合73万立方米)的热气球进入高空。3小时后,载荷进入测试所需高度——白沙导弹试验场上空大约13万英尺(约合4万米)。这一高度能够模拟降落时在火星上层大气层遇到的环境。

  达到这一高度后,载荷脱离热气球。3.8秒后,火箭发动机点火,将模拟飞船的速度提升到1.5马赫。在此之后,束带拉开,弹出降落伞。降落伞随即充气,一度短暂塌陷,随后再次充气,3秒钟内完全充气并趋于稳定。测试中遇到的唯一一个大问题是伞盖的2个幅段出现破损,导致最小表面积减少不到0.5%。这项测试取得成功,证明在稀薄大气中打开直径64.7英尺盘缝带伞具有可行性。这种降落伞充气后可产生足够阻力,减缓载荷朝着目标行星表面的降落速度。

  盘缝带伞参与了宇航局几十年来的火星任务。“海盗”号登陆器,“火星探路者”号漫游者,火星探测漫游者以及“凤凰”号登陆器都使用这种降落伞。太空起重机可能是所有火星任务中最为先进复杂并且精确度最高的登陆系统。相比之下,“好奇”号的减速伞虽然不是什么新技术,但也拥有长达近50年的成功服役史。

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标签: 好奇号火星车制动伞

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