科技日報記者 李禾
低密度超聲速降落傘是決定整個火星進入、下降和著陸任務成敗的關鍵因素。中國天問一號火星探測器于北京時間2021年5月15日上午7時18分成功降落在火星烏托邦平原。然而，目前火星探測任務的成功率僅為50%左右，多數(shù)失敗發(fā)生在進入、下降和著陸（Entry、Descent、and Landing，簡稱為EDL）階段。在英文期刊《空間科學與技術》(Space: Science & Technology)新發(fā)表的論文《天問一號火星探測器降落傘的氣動特性研究》中，北京空間機電研究所的黃明星團隊公布了天問一號火星探測器降落傘的設計、優(yōu)化和試驗方法。
論文聚焦于降落傘的傘型選取和優(yōu)化工作。不同于地球，火星復雜的大氣環(huán)境更為復雜，渦旋和沙塵暴等火星大氣運動，使降落傘的開傘環(huán)境十分惡劣。同時，火星降落傘工作條件具有超聲速、低密度和低動壓三個特點。因此，火星降落傘的設計和研制工作面臨著諸多挑戰(zhàn)，如降落傘開傘困難、充氣不穩(wěn)定、工作時阻力系數(shù)降低等。目前國外所有成功實現(xiàn)火星軟著陸的著陸器配備的都是DGB（Disk-Gap-Band）降落傘，這種降落傘在超聲速和低密度工作環(huán)境中具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的充氣性能。在此基礎上，作者重點圍繞降落傘的減速性能和穩(wěn)定性對現(xiàn)有DGB降落傘的結構進行了優(yōu)化改進，并針對已有的和改進后的共五種DGB降落傘（Viking、Mars Pathfinder、Hemisflo、Triconical、Tapered）的關鍵參數(shù)進行了細致分析。
論文還指出，在完成五種DGB降落傘在亞聲速、跨聲速和超聲速環(huán)境下的風洞試驗后，通過對阻力系數(shù)和擺動角等關鍵性能指標的對比，選取了Tapered DGB降落傘作為優(yōu)選方案。2018年4月通過探空火箭進行了四次高空開傘飛行試驗，試驗結果表明，所設計DGB降落傘在馬赫數(shù)為0.2到2.4的環(huán)境中，其阻力系數(shù)變化范圍為0.39到0.70，而且降落傘展開后的最大擺動角約為20°，相關指標可以滿足天問一號火星探測器的軟著陸減速需求。
