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软着陆火星的关键技术,超音速减速伞

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不论是从外太空返回地球,还是登陆外星,一个必须考虑的问题就是如何减速。比如环绕地球的近地轨道的最低安全速度是7.88公里每秒以上,而航天员和返回式卫星和飞船落到地面上的速度最终原则上就是着陆点的地球自转线速度,可以简单的认为是0,这个减速幅度其实是很大的。因为每秒接近8公里的速度,已经是TNT炸药的爆速。最终减小到接近0,这个难度其实不亚于运载火箭发射时,把有效载荷从速度基本为0,通过多级火箭接力加速到入轨速度的难度。实际上航天器减速的距离比加速入轨的距离长的多。以神舟飞船为例,从0加速到入轨,那么在地面的投影距离大约在到公里之间,也就是从酒泉发射,飞到关岛以东基本就已经入轨了。而减速的距离则更长。需要从非洲西南端的纳米比亚外海,

就要开始发动机掉头转到前进方向反推减速,一直减速数百秒穿越非洲。此时整体速度已经下降到7.5公里每秒以下。飞船组合体开始从公里的正圆轨道开始往下逐步快速掉高度。快速飞过东非海岸、阿拉伯半岛南端一直到阿拉伯海。不过此时高度仍然在公里以上。进入巴基斯坦空中走廊后,高度开始掉到公里以下,此时抛弃服务舱和对接仓,进入大气层烧毁。而返回舱独自继续往下掉,飞过中巴边境的喀喇昆仑山山脉时,已经进入公里以下的稠密大气层,返回舱此时和高层大气剧烈摩擦产生黑障。自然也开始急剧的减速。同时也进入了自家本土上空,出飞过青藏高原的同时,返回舱的速度已经下降到音速以下。当下降速度小于米每秒时,逐级开伞。先弹出小伞,进一步减速后再弹出大伞,最后才是主伞。

主伞工作后,下降速度稳定在每秒20米左右,最后的四子王旗的主着陆场安全反推着陆。因此神舟飞船和几乎回归地球的所有有人返回舱的降落伞减速系统,都是亚音速系列减速伞。也就是在超音速的高速再入期间,都是靠外形减速。甚至有直接靠外形减速到底的航天飞机。这个减速伞系统自然不适合月球,因为月球表面基本没有大气层。软着陆月球的任何航天器,必须从环绕月球飞行的每秒2.2公里以上的速度,纯粹靠节流反推火箭,最终降低到软着陆月球的0速度,这个技术难度相当高。最近几年,也只有谁谁家的嫦娥系列%成功,三哥和以色列的尝试都是失败了。弄的美国人对此也信心不足。不过还有一个需要探测的外星,这就是火星。火星的体积的体积和质量比月球大的多。因此火星的环绕速度也大,远远超过月球的2.2到2.4公里每秒,在每秒5.6公里到5.8公里之间。这个速度小于地球的7.88公里每秒。

不过也已经在每秒5公里以上。瀚海狼山(匈奴狼山)认为,火星软着陆不必向月球一样完全靠反推火箭,因为其再入初始速度很大,只完全靠反推火箭没那么多燃料。火星有大气层可以利用来减速,但是火星的大气层又比地球大气稀薄的多。这就是造成软着陆火星的物体可以利用降落伞做主要的减速设备,但却超音速降落伞。

也就是火星大气中开伞时,基本是高超音速状态。此时对伞的瞬间拉力极大。极容易当即拉坏。因此对伞的气动外形和材料要求都非常高。苏俄与欧洲的火星探测项目失败的多,和超音速伞一直不过关有很大关系。而美国在这方面也曾屡试屡败,在经历多次失败后研发出了可确保10吨重物体软着陆的超级火星减速伞。因此超音速伞非常考验一个国家超音速气动研究与材料的水平。谁谁家因为有世界罕见的高超音速风洞,也终于搞成了自主制造的超音速减速伞,这也是开展自主火星软着陆的大前提。




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