美国“飞碟”登陆火星试验连败
时间：2020-12-10 04:00:41 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
火星定制版减速神器
火星大气较为稀薄，不能给大质量着陆设施提供实质的阻力以达到有效减速，因此人类登陆火星的难度极大。迄今为止，所有的火星着陆器全部采用刚性减速器和适合在空气比较稀薄条件下工作的“盘-缝-带”（DGB）降落伞减速方案完成超声速减速。2012年在火星表面实现软着陆的“好奇号”火星车是至今质量最大的火星着陆器，达960千克。“好奇号”已把刚性减速器和“盘-缝-带”降落伞这项减速技术所能承受的重量推到极限。但是未来的载人火星任务涉及的重量将达到20吨以上。
火星大气的密度只有地球的1%，在进入火星大气层过程中，减速伞也无法对大质量航天器进行有效减速。
采用火箭制动方式在火星上着陆也很困难，因为火星大气的存在，制动火箭产生的制动力无法抵消湍流对火星着陆器产生的影响。所以，未来的火星采样返回探测和载人火星探测等任务，需要火星着陆器或载人飞船具备更高的火星表面大质量软着陆能力，即超强的减速性能。
为了研发可在稀薄火星大气中快速降低大型航天器速度的减速技术。2011年，美国航空航天局在“太空技术项目”（STP）中安排了“低密度超声速减速器”技术验证任务，旨在提高未来火星任务的着陆载荷质量和着陆精度，掌握新的大质量火星软着陆减速技术和能力。
该技术利用类似热气球的减速器和面积达“好奇号”减速伞两倍的巨型超声速减速伞解决这个问题。减速器可以部署在碟形着陆器的外缘。当着陆器以大约3.5马赫的速度飞行时，该装置可以像夏威夷气鼓鱼一样迅速充气，增加表面积，进而增加空气阻力。空气阻力能够让着陆器的速度减至2马赫。此时，直径33米的巨型超声速减速伞打开，帮助火星着陆器安全着陆。
美国航空航天局试图通过这套减速系统增加火星着陆器的重量限制，从1.5吨左右的“安全重量”增加到2吨到3吨左右;同时美国航空航天局还期望改善登陆精确度，从9.6千米左右的误差范围降低到3.2千米左右，从而使飞行器能进入更大范围的火星表面，并减少航天员暴露在宇宙射线中的时间。因此它是美国航空航天局2025年将人类送上小行星、2030年上火星计划的重要一环。
哼哈二将配合工作
“低密度超声速减速器”的基本思路是通过降低弹道系数的方案尽快提升减速技术。由于弹道系数与探测器进入段的“质量/阻力面积”成正比，因此通过增加探测器进入段的阻力面积可以降低弹道系数，从而提高超声速飞行阶段的减速效果。由于受运载火箭整流罩尺寸限制，减速器无法采用大尺寸刚性结构增加阻力面积，所以采用轻质充气式气动结构减速器。
前文提到这套减速器由“超声速充气式气动减速器”（SIAD）和巨型超声速环帆降落伞两员大将组成。后者用于进一步降低速度，是目前用于在2Ma以上速度下展开减速的面积最大的降落伞。“超声速充气式气动减速器”从外形上看是一个巨大的环形减速器，直径4.7米，是一个可在大气中自动充气的气囊装置（也称为充气飞碟），充气后直径增加到6米，目前正在试验阶段。
为了进行超声速飞行气动试验技术验证，美国还在研制直径8米的等张力面型SIAD。材料均为凯夫拉，尽管构型和尺寸不同，但其作用均是在火星稀薄大气环境中通过充气膨胀增加着陆器的气动阻力。
巨型超声速环帆降落伞比“盘-缝-带”降落伞的开伞冲击载荷小、稳定性好，具有相当高的可靠性（美国已发射的载人飞船着陆系统的主伞都采用这种环帆伞结构）。现在方案中采用了质量100千克、直径33米的超声速环帆降落伞，面积几乎是“好奇号”使用的“盘-缝-带”降落伞的两倍。
佐治亚理工学院的布莱恩表示：“我个人认为超声速减速技术一项能够颠覆游戏规则的技术，允许我们将重量相当于1～10辆“好奇号”的负载送上火星表面。它就像是一座连接人类与火星的桥梁。为了进一步探索火星，我们需要研发一系列新技术，这项技术只是其中之一。”
美国喷气推进实验室的艾伦表示：“降落与坠毁之间的差异就是速度是否减慢。在火星登陆任务中只有两种减速方式，一个是利用制动火箭，一个是利用气动阻力。”
两手抓的道理，美国人也懂，美国航空航天局目前在研的火星进入减速技术除了上述减速器还有超声速反推技术。这一技术是通过大推力反推火箭给20吨以上的大型航天器提供必要的阻力，帮助实现安全进入和着陆。
右 超声速充气式气动减速器”溅落海面的自然状态。
部分成功，仍让人振奋
2014年以前，美国航空航天局曾对“低密度超声速减速器”项目进行了多次地面试验。由于超声速充气式气动减速器和大巨型超声速环帆降落伞的尺寸较大，无法在超声速风洞中进行气动力学试验，因而地面试验都是利用火箭滑橇进行的。
2014年6月28日，“低密度超声速减速器”完成了首次超声速飞行气动试验。从位于太平洋的夏威夷利用高空氦热气球爬升，2.5小时后把飞行器带至约36.6千米的高空。经过检查后，它从热气球上分离下坠。经历几秒钟短暂的降落以及所装配的小型火箭发动机点火调整其姿态后，与“低密度超声速减速器”装在一起的星-48固体火箭发动机点火加速飞行，以3.8马赫速度将其送至约54.9千米的高空，这一高度的大气结构与火星相似，其间速度最高达到4马赫。试验通过这一高度和飞行速度可以模拟火星着陆器进入火星大气时的大气环境，特别是火星大气的密度。
