幾天前，天問一號(hào)探測(cè)器成功著陸火星?；鹦侵懸鉀Q的一個(gè)關(guān)鍵問題是減速。速度怎么減下來？除了靠大氣摩擦和發(fā)動(dòng)機(jī)反推，另外方式就是使用降落傘了。

“降落傘是目前最經(jīng)濟(jì)、最高效的減速方法，國(guó)內(nèi)外所有的火星著陸任務(wù)均采用了降落傘進(jìn)行減速?！焙教炜萍技瘓F(tuán)五院508所總工程師黃偉說。

中國(guó)航天報(bào)記者專訪了黃偉，請(qǐng)他解答火星降落傘背后的黑科技。

天問一號(hào)攜帶了幾頂降落傘？

答案是兩頂。

天問一號(hào)采用一頂主降落傘，降落傘是鋸齒形盤縫帶傘，顏色為紅白色，展開面積達(dá)到了200平方米。傘的頂部是盤，接著有一圈縫，下面是帶，帶的尾部做成了鋸齒形，有利于承力和確保穩(wěn)定性。降落傘打開后，靠48根傘繩牽引。

還有一頂小的降落傘——筒蓋減速傘?！敖德鋫銢_破筒蓋（傘艙蓋）彈出后，為了防止筒蓋跌落砸到主降落傘，特意給筒蓋配了一頂小傘，主要目的是給筒蓋減速?！秉S偉說。筒蓋減速傘比主傘小很多，展開面積只有0.6平方米。

整個(gè)降落傘（含筒蓋減速傘）的重量不到40kg，包裝體積不到60升。

降落傘裝在天問一號(hào)什么部位？

真正降落火星的是天問一號(hào)探測(cè)器的著陸巡視器，著陸巡視器裝在進(jìn)入艙里，在進(jìn)入艙背罩穹頂?shù)恼路?，有一個(gè)60升大小的彈傘筒，降落傘就裝在彈傘筒內(nèi)。

彈傘筒大有學(xué)問。它是我國(guó)目前航天器使用的最大火工裝置之一，要一次性將降落傘以足夠的分離速度彈射出去，同時(shí)不能有太大的后坐力破壞著陸巡視器的結(jié)構(gòu)。

彈傘筒

傘艙蓋用于對(duì)降落傘進(jìn)行密封和熱防護(hù)，要有足夠的連接強(qiáng)度，同時(shí)又不能太強(qiáng)，因?yàn)橐ＷC能夠順利被傘包頂開。

天問一號(hào)的降落傘是如何工作的？

天問一號(hào)著陸巡視器進(jìn)入火星大氣后，先在自身的氣動(dòng)外形下減速，當(dāng)下降速度達(dá)到約2倍聲速，距離火星表面約11公里時(shí)，要打開降落傘，以進(jìn)一步減速到約95米/秒。

著陸巡視器發(fā)出彈傘指令，彈傘筒內(nèi)的火藥點(diǎn)燃，火藥產(chǎn)生高壓燃?xì)猓苿?dòng)桶內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)，活塞向外推降落傘的傘包，沖開尾部的傘艙蓋飛出彈傘筒。隨著傘包與著陸巡視器的分離，降落傘從傘包中以倒拉的方式逐步受控拉直，并充氣張滿。

另一邊，彈傘筒內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)到一定程度后，會(huì)被專門設(shè)計(jì)的捕獲包“抓捕”，防止它和傘包前后腳飛出彈傘筒，進(jìn)而撞擊到主傘包。筒蓋被傘包沖擊分離后，會(huì)拉出一定艙蓋傘，以確保筒蓋和主降落傘保持足夠的安全距離，防止碰撞。

在距離火星約1.2公里的高度，降落傘和背罩一同與著陸巡視器分離，降落傘的使命就結(jié)束了。

火星環(huán)境對(duì)降落傘有什么特殊要求？

火星降落傘的開傘條件比較特殊，主要體現(xiàn)在超聲速、低密度、低動(dòng)壓開傘。

超聲速條件下，前體產(chǎn)生的尾流對(duì)降落傘的穩(wěn)定充氣產(chǎn)生較大的干擾，降落傘的充氣形狀不穩(wěn)定會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的“呼吸”和“喘振”現(xiàn)象；火星大氣密度低，降落傘需要更大的面積，從而增加了重量和體積，另外在低密度情況下，降落傘的穩(wěn)定性會(huì)降低，擺動(dòng)角變大；低動(dòng)壓條件下，降落傘的氣動(dòng)阻力降低，導(dǎo)致從“呼吸”“擺動(dòng)”等狀態(tài)恢復(fù)到較穩(wěn)定的狀態(tài)變得相對(duì)困難。

綜合來說，火星降落傘是超聲速傘，這是我國(guó)在新飛船試驗(yàn)船任務(wù)后，第二次實(shí)戰(zhàn)超音速開傘，還要適應(yīng)低密度低動(dòng)壓條件下穩(wěn)定性干擾顯著的問題。這需要達(dá)到阻力性能和穩(wěn)定性能較好的平衡，以及開傘載荷和強(qiáng)度設(shè)計(jì)較好的優(yōu)化。

地面進(jìn)行模擬驗(yàn)證試驗(yàn)

與神舟飛船的降落傘比有何不同？

針對(duì)火星環(huán)境的不同，以往航天器的降落傘傘型（主要有環(huán)帆傘、帶條傘等）不適合火星探測(cè)器使用，它們或者不能滿足超聲速開傘的需求，或者不能滿足低密度低動(dòng)壓下的穩(wěn)定性需求，因此火星著陸選用了盤縫帶傘的傘型。

團(tuán)隊(duì)對(duì)盤縫帶傘的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，首次使用了一些新研的特紡材料。在傘繩連接等環(huán)節(jié)，首次使用了插接工藝，與之前使用的縫紉工藝比，更能提升傘繩的強(qiáng)度，我國(guó)未來的航天降落傘將推廣這種插接工藝。

如何在地球做火星著陸模擬試驗(yàn)？

火星降落傘真正在火星上使用前，需要先在地球上進(jìn)行功能、性能、設(shè)計(jì)裕度等的驗(yàn)證。火星探測(cè)任務(wù)的特殊性為降落傘減速系統(tǒng)的研制與驗(yàn)證帶來了巨大的挑戰(zhàn)，這從歐空局近年來在火星降落傘高空試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)連續(xù)失敗可見一斑。

在地球上，最接近火星真實(shí)開傘條件的試驗(yàn)?zāi)M方法，就是高空開傘試驗(yàn)，即在地球表面45km左右的高度創(chuàng)造一個(gè)超聲速開傘條件。團(tuán)隊(duì)采用了探空火箭的方式，將降落傘送到高空，進(jìn)行了高空開傘試驗(yàn)驗(yàn)證。

文/中國(guó)航天報(bào)記者 趙聰 圖、視頻/航天科技集團(tuán)五院508所