軟著陸火星的關(guān)鍵技術(shù),超音速減速傘

不論是從外太空返回地球,還是登陸外星,一個必須考慮的問題就是如何減速。比如環(huán)繞地球的近地軌道的最低安全速度是7.88公里每秒以上,而航天員和返回式衛(wèi)星和飛船落到地面上的速度最終原則上就是著陸點的地球自轉(zhuǎn)線速度,可以簡單的認為是0,這個減速幅度其實是很大的。因為每秒接近8公里的速度,已經(jīng)是TNT炸藥的爆速。最終減小到接近0,這個難度其實不亞于運載火箭發(fā)射時,把有效載荷從速度基本為0,通過多級火箭接力加速到入軌速度的難度。實際上航天器減速的距離比加速入軌的距離長的多。以神舟飛船為例,從0加速到入軌,那么在地面的投影距離大約在4000到5000公里之間,也就是從酒泉發(fā)射,飛到關(guān)島以東基本就已經(jīng)入軌了。而減速的距離則更長。需要從非洲西南端的納米比亞外海,
就要開始發(fā)動機掉頭轉(zhuǎn)到前進方向反推減速,一直減速數(shù)百秒穿越非洲。此時整體速度已經(jīng)下降到7.5公里每秒以下。飛船組合體開始從350公里的正圓軌道開始往下逐步快速掉高度??焖亠w過東非海岸、阿拉伯半島南端一直到阿拉伯海。不過此時高度仍然在200公里以上。進入巴基斯坦空中走廊后,高度開始掉到200公里以下,此時拋棄服務艙和對接倉,進入大氣層燒毀。而返回艙獨自繼續(xù)往下掉,飛過中巴邊境的喀喇昆侖山山脈時,已經(jīng)進入150公里以下的稠密大氣層,返回艙此時和高層大氣劇烈摩擦產(chǎn)生黑障。自然也開始急劇的減速。同時也進入了自家本土上空,出飛過青藏高原的同時,返回艙的速度已經(jīng)下降到音速以下。當下降速度小于240米每秒時,逐級開傘。先彈出小傘,進一步減速后再彈出大傘,最后才是主傘。

主傘工作后,下降速度穩(wěn)定在每秒20米左右,最后的四子王旗的主著陸場安全反推著陸。因此神舟飛船和幾乎回歸地球的所有有人返回艙的降落傘減速系統(tǒng),都是亞音速系列減速傘。也就是在超音速的高速再入期間,都是靠外形減速。甚至有直接靠外形減速到底的航天飛機。這個減速傘系統(tǒng)自然不適合月球,因為月球表面基本沒有大氣層。軟著陸月球的任何航天器,必須從環(huán)繞月球飛行的每秒2.2公里以上的速度,純粹靠節(jié)流反推火箭,最終降低到軟著陸月球的0速度,這個技術(shù)難度相當高。最近幾年,也只有誰誰家的嫦娥系列100%成功,三哥和以色列的嘗試都是失敗了。弄的美國人對此也信心不足。不過還有一個需要探測的外星,這就是火星。火星的體積的體積和質(zhì)量比月球大的多。因此火星的環(huán)繞速度也大,遠遠超過月球的2.2到2.4公里每秒,在每秒5.6公里到5.8公里之間。這個速度小于地球的7.88公里每秒。
不過也已經(jīng)在每秒5公里以上。瀚海狼山(匈奴狼山)認為,火星軟著陸不必向月球一樣完全靠反推火箭,因為其再入初始速度很大,只完全靠反推火箭沒那么多燃料?;鹦怯写髿鈱涌梢岳脕頊p速,但是火星的大氣層又比地球大氣稀薄的多。這就是造成軟著陸火星的物體可以利用降落傘做主要的減速設備,但卻超音速降落傘。

也就是火星大氣中開傘時,基本是高超音速狀態(tài)。此時對傘的瞬間拉力極大。極容易當即拉壞。因此對傘的氣動外形和材料要求都非常高。蘇俄與歐洲的火星探測項目失敗的多,和超音速傘一直不過關(guān)有很大關(guān)系。而美國在這方面也曾屢試屢敗,在經(jīng)歷多次失敗后研發(fā)出了可確保10噸重物體軟著陸的超級火星減速傘。因此超音速傘非??简炓粋€國家超音速氣動研究與材料的水平。誰誰家因為有世界罕見的高超音速風洞,也終于搞成了自主制造的超音速減速傘,這也是開展自主火星軟著陸的大前提。