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进入火星大气到最终着陆历时9分钟,天问一号面临哪些挑战?

天问一号此次着陆火星面临哪些挑战?有何相应的技术创新?
6月12日,在国家航天局举办的新闻发布会上,我国首次火星探测任务探测器系统总设计师孙泽洲表示,着陆下降过程是此次任务风险最高的环节,从进入火星大气到最终着陆到火星表面,历时虽然只有9分钟,但过程非常复杂。
“这个环节中我们要面对不熟悉而且多变的火星大气环境,还要自主完成十几项的关键动作,而且这些动作环节也是环环相扣的。”从进入火星大气到最终着陆到火星表面,要经过四个阶段。要把相对于火星4.8公里/秒的速度减到为0。这期间两段最为关键,由于在火星减速进入过程中是利用大气减速,这两段承担了减速98%的需求,98%的减速都是利用火星大气来减速的。
但是火星大气又跟地球不同,密度不同、成分不同,而且还有一些风速的多变性。“所以说这就决定了我们这次着陆任务过程,对于火星的着陆,与地球的进入和着陆,以及月球的着陆的差异性,是面临最主要的挑战。”
对于这样的新环境,我国在技术上做了哪些准备和技术创新?孙泽洲介绍了针对于气动减速段两项有代表性的技术创新和进步。
第一是针对气动的影响,首先通过全新的气动力、热的实验方法研究,确定了针对于火星大气条件下进行气动力、热的算法和实验手段。
“为此我们还改造了一些风洞,进行二氧化碳成分影响等等实验工作。也是通过这样一个工作、算法和试验确定,最终建立起完备的整个过程中气动力、热数据库,这是一个基础。”孙泽洲表示,由这个基础设计了全新气动外型,与地球进入不同,与国外气动着陆外型也不同。
同时,针对火星大气进入,我国采用了弹道升力方案,提高对火星大气不确定性的适应能力,降低不可干预环境带来的风险。
“这样一个方案虽然可以很好适应火星大气环境不确定性,但是也面临很多难题。”孙泽洲表示,其中一个就是进入过程中,气动减速段需要一定的配平攻角,“在开伞前我们又把这个攻角调回来,利于我们开伞尾流对称性,使开伞的风险更小。”
我国在国际上首次采用配平翼的打开,利用火星大气阻力进行攻角调整。这一方案相比以往火星表面进入的方案,系统重量只有国外的10%。“这就是气动力、热方式以及我们技术方式上的创新。”
第二是降落伞。孙泽洲表示,地球返回中也有降落伞,火星大气稀薄,采用这个外型操作有不稳定性,虽然都是伞,但是开伞方式不同,针对这样一个超音速、低动压、低密度情况下,我国设计了新的伞型,开展了仿真分析方法的完善以及地面实验方案的构建。
针对地面模拟困难,国内首次利用火箭弹,在距离地面30公里左右高空开展全过程模拟。“这也是第一次使用,也遇到很多困难,但最终我们在地面做了完整的开伞验证,也为这次任务顺利进行或者成功着陆奠定了很好的技术基础。”
此外,火星表面巡视跟月球还有不同,火星表面呈现低光照,太阳光能量相对比较小。火星表面容易出现沉陷。
“针对这两点,我们在技术上怎么解决?”孙泽洲表示,首先是首次在国际上、在火星上采用太阳能集热器技术,使得对太阳能利用率达到80%,极大提高对太阳能利用效率,也为火星车在火星表面提供了很好的温度保障。
针对沉陷这样的火星特殊地貌下如何可靠行使,我国采用主动悬架系统,这个系统虽然实现起来复杂,但是针对于可能的沉陷或者车轮故障、爬坡能力,可以得到进一步提高。
“我们可以主动改变我们移动的形态,实现车体抬升、车轮抬升甚至蠕动等等形态,一旦沉陷可以实现多种移动方式实现脱困。”
孙泽洲说,这也是国际上首次在地外天体采用主动悬架移动系统,作用是更好适应我们在火星上稳健移动、可靠移动的目标。此外,我国在星际通信、自主导航、自主管理等方面的方法方案和技术上也都有创新。

原创文章,作者:浩宇科技,如若转载,请注明出处:https://www.86376.net/gedi/752397.html

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