揭秘“好奇”號(hào)制動(dòng)傘

■楊孝文

揭秘“好奇”號(hào)制動(dòng)傘

■楊孝文

2009年3月和4月，﹃好奇﹄號(hào)的制動(dòng)傘在世界上最大的風(fēng)洞接受測試。這個(gè)風(fēng)洞位于加利福尼亞州莫菲特場的美國航空航天局艾姆斯研究中心

如果一切順利的話，美國航空航天局的“好奇”號(hào)火星車將于2012年8月5日在太空起重機(jī)的幫助下在火星表面著陸。在太空起重機(jī)利用繩索和制動(dòng)火箭讓“好奇”號(hào)慢慢降落蓋爾隕石坑之前，制動(dòng)降落傘將首先打開，使“好奇”號(hào)以及太空起重機(jī)的速度降至亞音速。在設(shè)計(jì)“好奇”號(hào)制動(dòng)傘的過程中，美國航空航天局把目光投向大約50年前進(jìn)行的制動(dòng)傘測試數(shù)據(jù)。

“好奇”號(hào)的制動(dòng)傘是這輛火星車降落過程中所受到的大氣阻力的主要來源。這個(gè)制動(dòng)傘的直徑約19.7米，是一個(gè)盤縫帶傘，由一個(gè)發(fā)射器打開。制動(dòng)傘的主盤是一個(gè)圓頂形傘蓋，頂部有一個(gè)洞，用于緩解空氣壓力。主盤下方有一條裂縫，充當(dāng)通氣口，防止傘蓋破裂。裂縫下方是一條織物帶，在設(shè)計(jì)上通過控制進(jìn)氣方向來提高橫向穩(wěn)定性。在地球上測試“好奇”號(hào)制動(dòng)傘這樣的重要組件并不是件容易的事，因?yàn)榛鹦谴髿獾暮穸戎挥械厍虻?%，引力只有地球的1/3?？茖W(xué)家雖然能夠在地球上模擬這些環(huán)境，但費(fèi)用極高。

然而，在為1976年的“海盜”號(hào)火星任務(wù)研究相關(guān)細(xì)節(jié)時(shí)，美國航空航天局擁有充足的預(yù)算，用于在20世紀(jì)60年代末之前將宇航員送上月球。美國航空航天局啟動(dòng)了三項(xiàng)降落傘測試計(jì)劃，分別是進(jìn)入行星大氣層降落傘計(jì)劃（以下簡稱PEPP）、超音速行星進(jìn)入探測器計(jì)劃（以下簡稱SPED）和超音速高空降落傘實(shí)驗(yàn)（以下簡稱SHAPE）。

PEPP計(jì)劃進(jìn)行了16次高空超音速展開測試，其中有8次使用盤縫帶傘，1次在上層大氣層對(duì)直徑19.7米的降落傘進(jìn)行超音速測試。當(dāng)時(shí)的降落傘共有72個(gè)幅段（“好奇”號(hào)降落傘共有80個(gè)幅段，用以降低織物壓力和允許使用輕型織物）和72根將降落傘與束帶連接在一起的傘繩，測試時(shí)，束帶與載荷相連。載荷是一個(gè)直徑約4.5米的模擬飛船。

1967年7月28日，載荷以及減速傘在新墨西哥州羅斯韋爾的沃克空軍基地進(jìn)行測試，搭乘一個(gè)約73萬立方米的熱氣球進(jìn)入高空。3小時(shí)后，載荷進(jìn)入測試所需高度——白沙導(dǎo)彈試驗(yàn)場上空大約40 000米，這一高度能夠模擬降落時(shí)在火星上層大氣層遇到的環(huán)境。

達(dá)到這一高度后，載荷便脫離熱氣球。3.8秒后，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，將模擬飛船的速度提升到約1700千米/時(shí)。在此之后，束帶拉開，彈出降落傘。降落傘隨即充氣，一度短暫塌陷，但隨后再次充氣，3秒內(nèi)完全充氣并趨于穩(wěn)定。測試中遇到的唯一一個(gè)大問題是傘蓋的2個(gè)幅段出現(xiàn)破損，導(dǎo)致最小表面積減少不到0.5%。這項(xiàng)測試取得成功，證明在稀薄大氣中打開直徑19.7米的盤縫帶傘具有可行性。這種降落傘充氣后可產(chǎn)生足夠阻力，減緩載荷朝著目標(biāo)行星表面的降落速度。

盤縫帶傘參與了美國航空航天局幾十年來的火星任務(wù)?！昂１I”號(hào)登陸器、“火星探路者”號(hào)漫游者、火星探測漫游者以及“鳳凰”號(hào)登陸器都使用這種降落傘。太空起重機(jī)可能是所有火星任務(wù)中最為先進(jìn)、復(fù)雜并且精確度最高的登陸系統(tǒng)，但相比之下，“好奇”號(hào)的制動(dòng)傘雖然不是什么新技術(shù)，但也擁有長達(dá)近50年的成功服役史。