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揭秘好奇號火星車制動傘:五十年前已有原型

揭秘好奇號火星車制動傘: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”號的制動降落傘在世界上最大的風洞接受測試。這個風洞位于加利福尼亞州莫菲特場的美國宇航局艾姆斯研究中心

  北京時間6月26日消息,7周之內,美國宇航局的“好奇”號火星車便將在太空起重機的幫助下在火星表面著陸。在太空起重機利用繩索和制動火箭讓“好奇”號慢慢降落蓋爾隕坑之前,制動降落傘將首先打開,將“好奇”號以及太空起重機的速度降至亞音速。在設計“好奇”號制動傘過程中,宇航局將目光投向大約50年前進行的制動傘測試數據。

  “好奇”號的制動傘是這輛火星車降落過程中所受到大氣阻力的主要來源。這個制動傘直徑64.7英尺(約合19.7米),是一個盤縫帶傘,由一個發射器打開。制動傘的主盤是一個圓頂形傘蓋,頂部有一個洞,用于緩解空氣壓力。主盤下方有一個裂縫,充當通氣口,防止傘蓋破裂。裂縫下方是一條織物帶,在設計上通過控制進氣方向,提高橫向穩定性。

  在地球上測試制動傘這樣的“好奇”號重要組件并不是件容易的事情,因為火星大氣的厚度只有地球的百分之一,引力只有地球的三分之一。在地球上模擬這些環境雖然能夠做到,但費用極高。在“好奇”號研發初期,任何高空超音速測試的費用都會達到令人望而卻步的程度。當時,美國噴氣推進實驗室的工程師將制動傘的研究工作分為幾個階段,每個階段獨立進行測試,測試對象包括發射器打開、傘蓋充氣,充氣后強度,超音速性能以及亞音速性能。幸運的是,從上世紀60年代晚期開始,宇航局就掌握了高空超音速降落傘的數據,所針對的探測器與“好奇”號體積相當。

  在為1976年的“海盜”號火星任務研究相關細節時,宇航局擁有充足的預算,用于在上世紀60年代末之前將美國宇航員送上月球。在這種預算環境下,宇航局啟動了3項降落傘測試計劃, 分別是進入行星大氣層降落傘計劃(以下簡稱PEPP),超音速行星進入探測器計劃(以下簡稱SPED)和超音速高空降落傘實驗(以下簡稱SHAPE)。

  PEPP計劃進行了16次高空超音速展開測試,其中有8次使用盤縫帶傘,1次在上層大氣層對直徑64.7英尺的降落傘進行超音速測試。當時的降落傘共有72個幅段(“好奇”號降落傘共有80個幅段,用以降低織物壓力和允許使用輕型織物)和72根將降落傘與束帶連接在一起的傘繩。測試時,束帶與載荷相連。載荷是一個直徑15英尺(約合4.5米)的模擬飛船。

  1967年7月28日,整個結構——載荷以及減速傘——在新墨西哥州羅斯威爾的沃克空軍基地進行測試,搭乘一個2600萬立方英尺(約合73萬立方米)的熱氣球進入高空。3小時后,載荷進入測試所需高度——白沙導彈試驗場上空大約13萬英尺(約合4萬米)。這一高度能夠模擬降落時在火星上層大氣層遇到的環境。

  達到這一高度后,載荷脫離熱氣球。3.8秒后,火箭發動機點火,將模擬飛船的速度提升到1.5馬赫。在此之后,束帶拉開,彈出降落傘。降落傘隨即充氣,一度短暫塌陷,隨后再次充氣,3秒鐘內完全充氣并趨于穩定。測試中遇到的唯一一個大問題是傘蓋的2個幅段出現破損,導致最小表面積減少不到0.5%。這項測試取得成功,證明在稀薄大氣中打開直徑64.7英尺盤縫帶傘具有可行性。這種降落傘充氣后可產生足夠阻力,減緩載荷朝著目標行星表面的降落速度。

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