科技日報(bào)記者 李禾
低密度超聲速降落傘是決定整個(gè)火星進(jìn)入、下降和著陸任務(wù)成敗的關(guān)鍵因素。中國天問一號(hào)火星探測器于北京時(shí)間2021年5月15日上午7時(shí)18分成功降落在火星烏托邦平原。然而，目前火星探測任務(wù)的成功率僅為50%左右，多數(shù)失敗發(fā)生在進(jìn)入、下降和著陸（Entry、Descent、and Landing，簡稱為EDL）階段。在英文期刊《空間科學(xué)與技術(shù)》(Space: Science & Technology)新發(fā)表的論文《天問一號(hào)火星探測器降落傘的氣動(dòng)特性研究》中，北京空間機(jī)電研究所的黃明星團(tuán)隊(duì)公布了天問一號(hào)火星探測器降落傘的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和試驗(yàn)方法。
論文聚焦于降落傘的傘型選取和優(yōu)化工作。不同于地球，火星復(fù)雜的大氣環(huán)境更為復(fù)雜，渦旋和沙塵暴等火星大氣運(yùn)動(dòng)，使降落傘的開傘環(huán)境十分惡劣。同時(shí)，火星降落傘工作條件具有超聲速、低密度和低動(dòng)壓三個(gè)特點(diǎn)。因此，火星降落傘的設(shè)計(jì)和研制工作面臨著諸多挑戰(zhàn)，如降落傘開傘困難、充氣不穩(wěn)定、工作時(shí)阻力系數(shù)降低等。目前國外所有成功實(shí)現(xiàn)火星軟著陸的著陸器配備的都是DGB（Disk-Gap-Band）降落傘，這種降落傘在超聲速和低密度工作環(huán)境中具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的充氣性能。在此基礎(chǔ)上，作者重點(diǎn)圍繞降落傘的減速性能和穩(wěn)定性對(duì)現(xiàn)有DGB降落傘的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，并針對(duì)已有的和改進(jìn)后的共五種DGB降落傘（Viking、Mars Pathfinder、Hemisflo、Triconical、Tapered）的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致分析。
論文還指出，在完成五種DGB降落傘在亞聲速、跨聲速和超聲速環(huán)境下的風(fēng)洞試驗(yàn)后，通過對(duì)阻力系數(shù)和擺動(dòng)角等關(guān)鍵性能指標(biāo)的對(duì)比，選取了Tapered DGB降落傘作為優(yōu)選方案。2018年4月通過探空火箭進(jìn)行了四次高空開傘飛行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)DGB降落傘在馬赫數(shù)為0.2到2.4的環(huán)境中，其阻力系數(shù)變化范圍為0.39到0.70，而且降落傘展開后的最大擺動(dòng)角約為20°，相關(guān)指標(biāo)可以滿足天問一號(hào)火星探測器的軟著陸減速需求。
