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揭秘好奇号火星车制动伞:五十年前已有原型

揭秘好奇号火星车制动伞:五十年前已有原型

2012-06-26 17:20:52

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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

  北京时间6月26日消息,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。

  “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。

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