【48812】科技大讲堂｜下降伞体系：航天器着陆的“安全之花”

　　4月16日上午，一顶红白相间的下降伞在春风着陆场上空像一朵鲜花缓缓打开。跟着回来舱的着陆，3名航天员安全归航，神舟十三号载人航天使命取得圆满成功。

　　在广袤的春风着陆场，下降伞便是最显着的指引。只需捕捉到它的身影，地上搜救人员就如同吃了一颗定心丸。

　　下降伞是运用空气阻力完结气动减速的设备，在载人航天回来、类地天体勘探中发挥着无足轻重的效果。

　　神舟十三号飞船在轨飞翔5圈后，初次在快速回来形式下回来地球。与神舟十二号飞船回来比较，该形式将回来时刻由一天多缩短到几小时，大大改进了航天员的舒适性，进步了使命完结功率。

　　间隔地上10公里高度时，飞船速度由第一宇宙速度降到大约200米/秒，多级开伞程序发动。

　　首要，回来舱上的静压高度操控器经过丈量大气压力，断定开伞高度，伞舱盖主动弹出，引导伞和减速伞顺次拉出。减速伞将回来舱速度减至约180米/秒。随后，飞船回来舱速度和高度逐渐下降，主下降伞从伞舱弹出，阅历两级充气减速，速度降至约40米/秒。此刻，1200平方米的主伞彻底打开，防热大底被抛掉。下降过程中，回来舱减速至约7～8米/秒，确保航天员在低速状况下平稳下降。

　　经过层层开伞减速，为防止着陆缓冲段回来舱与地上“硬碰硬”，在距地上高度约1米时，回来舱精确操控4台着陆反推发动机，经过反推 “刹车”的方法，将速度降至约2米/秒，完结精准软着陆，以减轻航天员所受冲击。

　　落地并非万事大吉，主伞或许会被风吹起，拖曳回来舱在地上滑跑，顺风情况下可翻滚七八千米。为此，在落地瞬间，主伞上的切割器将剪断伞绳，让主伞掉落，确保回来舱不会被拖走。

　　事实上，为确保航天员的安全，自神舟九号起，飞船收回着陆体系就在程序脱伞形式基础上，添加了航天员手动脱伞形式，有很大成效防止了着陆场环境对航天员的要挟。

　　有人提出疑问，回来地球使命所用的飞船下降伞体系是否适用于各种航天使命？让我们以天问一号火星勘探使命为例，讨论一下这个问题。

　　天问一号着陆的赤色星球——火星，素有“勘探器坟场”之称。全世界累计40余次火星勘探使命中，能成功穿越火星大气层，平稳着陆的仅有9次。我国之所以能变成全球上第二个成功完结火星软着陆并展开火星勘探的国家，火星下降伞功不可没。

　　2021年5月15日，在阅历296天太空之旅后，我国首个火星勘探器天问一号携带着回禄号火星车稳稳下降在首选落点——火星北半球的乌托邦平原。

　　阅历5分钟左右的气动减速，勘探器速度降至约2马赫。此刻，火星下降伞“上台”，它的使命是把天问一号从2马赫的超声速减速至95米/秒。

　　火星大气层淡薄，在10千米高度、大气密度仅为地球大气密度的1/100。因而，在着陆阶段，为天问一号保驾护航的火星下降伞，与地球回来使命所用的下降伞比较，在开伞条件、作业状况和结构规划上均大不相同。

　　因为火星大气层密度低，勘探器在气动减速之后，速度仍比声速快，动压却只有500帕左右。在超声速条件下开伞，下降伞伞衣前将呈现弓形激波流场。虽然这道激波缺乏以使下降伞流场环境变杂乱，但伞前面还有一个勘探器。勘探器不只本身会发生一道激波，还会在其后方构成一道又细又长的尾流。能够想见，当勘探器尾流和伞前的激波“冤家路窄”，下降伞周围将构成高度杂乱的非定常流场，导致伞衣剧烈颤动，像水母相同“呼吸”起来，发生一系列严峻的“喘振”现象。

　　大气层密度低会带来这样的应战：取得平等气动阻力需求更大伞衣面积，体系分量和体积相应添加。一起，会使下降伞的安稳性下降、摇摆角变大。而低动压意味着低气动阻力，进一步增大了伞从“呼吸”和摇摆状况康复安稳的难度。如此状况下，开伞可谓“步步惊心”。

　　因而，在火星下降伞的结构规划上，要习惯低密度低动压条件下安稳性搅扰明显的问题，就要进步下降伞强度、部分结构抗颤动等杂乱力学环境的才干，并重视进步下降伞抗损害扩展的才干。

　　天问一号运用的下降伞是锯齿形盘缝带伞：在平面圆形伞的盘周围添加一个环形的带，二者中心开缝。一起，在底边部分添加三角条幅，才干满意低密度低动压条件下的体系安稳性，增强部分结构承载才干。

　　在部分加强资料方面，为应对火星环境，天问一号下降伞选用新的芳纶资料。别的，为了更好的进步衔接强度，伞绳也内藏天地，选用新的插接工艺，直接把资料本体插接在一起，防止缝纫带来的强度丢失。

　　2020年5月8日，3朵红白相间的巨大伞花挂着一个锥形钝头舱体在春风着陆场上空缓缓下降。这是新一代载人飞船实验船回来舱。新一代载人飞船分量是神舟飞船的两倍，最多可承载7名航天员回来地球。这就需求习惯新使命的下降伞减速体系。

　　新一代载人飞船实验船收回选用了大型群伞技能。群伞由3具巨细与神舟飞船下降伞面积适当的单伞组成，可确保新一代载人飞船这个“大家伙”在回家“最终十公里”有用安全减速。

　　比方，下降伞在地球的模仿研讨。不同行星，大气环境也不同，传统的地球低高度空投实验不能有用验证行星下降伞体系合不合格。要想知道不同行星环境下下降伞是否可依照料想牢靠作业，需合理挑选要害参数，模仿行星大气开伞的实践条件，经过屡次地上验证，才干精确答复这一问题。

　　还比方，对下降伞的资料及强度的研讨。研讨人员必定追寻高功能柔性织物资料的开展，资料功能的提高会带来规划的详细计划的革新。

　　在未来一段时刻内，下降伞仍旧是航天器着陆的首选减速设备。依据规划，2022年我国载人航天工程将完结6次发射使命，包含天舟四号和天舟五号货运飞船、神舟十四号和神舟十五号载人飞船，以及问天实验舱和梦天实验舱的发射。到时，我国空间站将全面建成，我国载人航天工程可谓“好戏连台”。

　　让我们一起等待红白相间的飞船下降伞再次在春风着陆场高空开放，护卫航天员安全归航。