火星盘缝带伞跨声速风洞试验研究

火星着陆器在进入减速着陆过程中降落伞是必需的气动力减速装置,然而火星大气的特殊性使得火星降落伞开伞工作时具有超声速、低密度、低动压的特点,因而火星降落伞的构型、参数选择非常关键。文章在对火星盘缝带伞进行理论分析和国际应用研究的基础上,选取四种典型结构参数的盘缝带伞型,即常规透气量和低透气量的探路者型和海盗型伞型,在中国国内首次进行了亚-跨声速风洞试验,对这四种伞型在亚-跨声速下的阻力特性和稳定性开展研究。风洞试验采用横梁式测力天平测量阻力,同时用影像设备观察伞的摆动角度。研究结果表明,盘缝带伞的跨声速段阻力系数与理论值基本相符,能够满足火星环境下的减速需要;盘缝带伞随阻力系数增加稳定性降低,设计中必须兼顾考虑。     

火星土壤物理力学特性分析

火星土壤既是火星表面探测活动的主要探测对象,也是表面探测器设计中需考虑的重要因素之一。火壤的物理力学特性将直接影响着陆器着陆缓冲系统、火星车移动系统等的设计。此外,在着陆器和火星车等表面探测器的地面研制过程中,需要研制模拟火壤,形成模拟的火星表面环境,开展相关的着陆器着陆缓冲性能、火星车移动性能等验证试验。迄今为止,人类已经有多个探测器登陆火星,获取了大量的有关火壤的信息,也研制了多种模拟火壤。通过对已有火壤和模拟火壤的物理力学特性分析,梳理出火壤物理力学特性的参数范围,可为我国火星探测器的研制提供参考。     

降落伞拉直过程的多刚体模型

采用多刚体模型研究了降落伞的拉直过程。在动力学模型中将引导伞、伞包、拉出的伞绳及回收物处理为开链式多刚体;在仿真算法中提出了求解绳段间约束力的n阶递推算法。利用该模型可以研究降落伞拉直过程中的“绳帆”现象。     

降落伞充气环境对充气性能的影响

在降落伞轴向和径向动量方程的基础上进行一些合理的简化,并结合其他经验公式基本描述了降落伞整个充气阶段的运动过程。运用简化的模型初步分析了在不同大气密度、初始开伞速度下的充气环境对降落伞充气时间、充气距离,伞绳最大拉力的影响。得到的结论对火星降落伞设计及降落伞充气试验的环境模拟有一定参考意义。     

天问一号火星软着陆制导、导航与控制系统

天问一号火星探测器成功实现了我国首次火星表面软着陆，进入舱制导导航与控制系统(GNC系统)负责在火星进入下降着陆过程实施进入舱的姿态与轨道控制，确保进入舱安全着陆火星表面.介绍了执行天问一号火星EDL任务的GNC系统飞行阶段划分、系统组成、方案架构，以及针对火星EDL任务的特色设计，最后介绍了GNC系统在轨飞行结果.     

全向式气囊着陆装置缓冲过程的仿真研究

为了探索火星着陆器缓冲着陆技术,以"火星探路者"登陆系统的全向式气囊缓冲装置为对象,采用大型有限元仿真分析技术,实现气囊结构和着陆过程的数学和力学建模,获得全向式缓冲气囊着陆的动态过程仿真;同时得到重要结构部位的过载、重点部位的位移和速度、气囊内部的压力和温度以及气囊结构的动态应力分布等重要指标性参数和变化曲线,确定了"火星探路者"登陆系统的缓冲特性及其仿真分析方法的工程应用。     

降落伞 航天员的“保护伞”

航天员返回地面离不开“保护伞”。这道伞就是飞船进入大气层以后用于减速的降落伞。神舟飞船上的降落伞是世界上正在使用的降落伞中最大的一种。 如果说飞船发射时需要加速的话,那么飞船返回时则需要减速。当飞船启动返回程序,3吨重的返回舱下降到距地面15千米时,它所受到的气动阻力近似于它所受的重力,下降速度由超音速减到到亚音速,并稳定在200米/秒左右,这时再减速就要靠降落伞了。     

降落伞开伞过程的多结点模型仿真

根据降落伞的结构和力学特征,在轴对称假设下创建了伞衣及回收物系统的多结点结构模型.通过考虑应力,重力和气动力的作用效果,建立了用于无气流攻角平面圆形降落伞充气模拟的多结点结构模型动力学方程组.对开伞过程中的流场变化引入准定常假设,利用simple算法数值模拟求解RNG(Renormalization Group)k-ε湍流模型下的雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程以获得选定时刻的伞衣表面压力分布.结合多结点模型动力学方程组的解算代码和计算流体力学程序,采用流固耦合的方法对选定的平面圆形降落伞模型的开伞过程进行了动态仿真,得到了开伞过程中降落伞外形和特性的变化.通过结果分析和比较,证明了多结点模型的可行性,发展出了一种用于降落伞流固耦合计算的新方法.      

火星尘埃与探测

火星表面尘埃与太阳辐射、热辐射的相互作用直接影响火星大气的结构、热平衡和动力学过程,并会产生改变火星表面反照率和火星地貌的长期效应.火星尘埃环境还对登陆于火星表面的着陆器能源系统和光学载荷等系统构成影响.为此需开展火星大气尘埃的直接就位探测.在介绍了火星的尘埃特性与主要探测方法基础上,提出了采用微质量计技术开展火星表面尘埃就位探测的综合探测器方案.探测器包含3种传感器.尘埃累积传感器通过设置其敏感晶体表面朝上,可以探测火星表面尘埃的沉积质量与速率;荷电尘埃传感器通过加置不同极性的偏置电压,可以探测荷正电尘埃和荷负电尘埃的累积特性;磁尘传感器通过在敏感晶体后加设小型永久磁铁,可以探测磁性尘埃的累积特性.传感器感测质量范围为10^-11~10^-4g.火星尘埃综合探测器可应用于未来的火星着陆探测计划.     

基于凯恩方程的无人机伞降回收动力学建模与仿真

在无人机的伞降回收过程中,无人机与降落伞一直都处于实时的动平衡状态,两者在伞降回收过程中的耦合关系及其复杂,因此很难建立精准的无人机伞降回收动力学模型。针对该问题,将伞降回收系统划分为降落伞和无人机分别进行处理。针对时变对象降落伞,通过阻力面积随充气时间的变化关系建立其动力学模型。针对无人机,首先,基于多体动力学思路,将其划分为左右机翼和机身的多体系统,通过平板绕流系数优化其伞降过程中的大迎角动力学模型;然后,通过偏速度矩阵将各体的动力学模型引入伞降回收系统质心;最终,基于凯恩方程推导并建立了伞降回收系统六自由度模型,并引入海拔高度和风力对无人机伞降回收的影响。通过数值仿真与实验数据的对比,可以发现两者具有较好的一致性,该动力学模型能够为无人机的伞降回收提供指导。      

飞行器进入火星大气的流场预测

针对火星着陆探测器进入-下降-着陆过程的高超声速进入阶段, 利用三维并 行程序求解流体动力学Navier-Stokes方程与化学反应动力学模型, 分析火星 科学实验室进入火星大气时探测器周围的流场结构、化学非平衡效应影响和气 动特性变化规律. 结果表明, 对于完全气体模型, 来流的热力学性质参数选 取影响激波位置和强度. 在化学非平衡效应影响下, 探测器头部激波脱体距离 大幅减小, 驻点压力变化不大, 波后温度显著降低. CO₂在激波后大量分解, 消耗相当能量. 流线结构显示, 探测器尾迹流动中存在复杂的旋涡运动等流动 分离现象.      

“火星探路者”画了句号

美国航宇局11月4日宣布正式放弃与“火星探路者”号的联络。自探测器9月27日陷入“沉寂”以来,美国航宇局每天通过各种努力试图与之恢复联系,但都归于失败。据推测,失去联系的原因主要有三种可能:探测器的机械电池损坏,或在火星表面零下30摄氏度至零下50摄氏度的严寒中通讯系统失灵,或机载电脑出了故障。按照计划,探测器的“寿     

月球着陆器软着陆冲击仿真

为提高分析月球着陆器软着陆有效载荷着陆冲击响应的准确性,提出一种基于瞬态动力学的着陆器有效载荷软着陆冲击响应分析方法.根据着陆器全机结构柔性和月壤柔性对有效载荷着陆冲击响应的影响,参照某型着陆器,于MSC.PATRAN环境中建立着陆器全机柔性体模型及月壤柔性体模型,运用瞬态动力学仿真软件MSC.DYTRAN对着陆器软着陆有效载荷着陆冲击响应特性进行了仿真研究.仿真结果与试验结果具有一定的一致性.研究结果表明:使用该方法分析着陆器软着陆有效载荷的着陆冲击响应是准确有效的,能够比较逼真地模拟月球着陆器实际着陆工况.     

火星着陆器的大气进入段有限时间抗干扰制导律设计

考虑含有外部干扰影响下的火星着陆器的大气进入段制导律设计问题,提出一种基于阻力跟踪的复合制导策略。首先,根据火星着陆器的动力学模型,并结合阻力曲线定义,给出了含有外部干扰的阻力剖线动态方程;其次,为了保证系统有良好的抗干扰性能和较快的跟踪速度,基于阻力剖线动态方程,设计了有限时间反馈制导律;然后,为进一步提高系统的抗干扰能力,设计了干扰观测器,估计未知干扰,利用干扰估计值前馈补偿,最终形成复合制导律。最后,通过对比仿真验证了该方法的有效性和优越性。     

携带萤火-1的“火卫一-土壤”探测器未能按计划变轨

俄罗斯时间2011年11月9日00：16,搭载有我国首颗火星探测器——萤火-1的俄罗斯“火卫一-土壤”火星探测器（Phobos Grunt）,在拜科努尔发射场由俄罗斯天顶-2SB（Zenit-2SB）运载火箭发射升空。升空后由于“火卫一-土壤”探测器在地球轨道运行时出现故障,未能按计划实现变轨,萤火-1无法进入地火转移轨道,有可能在2012年1月坠入地球大气层。 “火卫一-土壤”探测器是俄罗斯自1996年火星-96发射失败以后的第一个火星探测项目。该任务的主要目的是采集火卫一的土壤样品并返回地球进行研究,同时对火卫一、火星和火星环境进行科学探测。“火卫一-土壤”探测器搭载了两项火星探测项目,即中国的萤火-1探测器和美国的“微生物行星际飞行生存能力实验”（LIFE）生物舱。芬兰火星“气象网”（MetNet）先遣任务原本也计划搭裁“火卫一-土壤”探测器发射,但后来由于研制进度滞后和“火卫一-土壤”探测器发射质量限制等原因被取消。整个“火卫一-土壤”项目耗资达50亿卢布（约10.5亿人民币）。     

太原卫星发射中心散记

初识岢岚真面目 今天奔赴太原卫星发射中心,采访我国长征火箭第50次发射。 早七点出发时,太阳刚刚升起,耀眼的光芒射进车窗,照在脸上,让人不得不闭起眼睛。 想起了前两天在报纸上看到的两幅照片。一幅是登上月球的宇航员在月球上拍摄的地球从月球地平线上升起;一幅是“探路者”号火星探测器火星登陆超期服役后寿终正寝。从时间上看,阿波罗登月是30年前,那时我们的长征火箭还没有升空,还在摇篮中。“探路者”登     

航天简讯

欧洲科学家在火星上找到猎兔犬-2探测器□□据2005年12月20日消息,欧洲航天局的科学家们在火星表面找到了2年前丢失的猎兔犬-2火星探测器。2003年12月19日,猎兔犬-2火星探测器与“火星快车”探测器成功分离,但是之后并没有发回是否成功着陆火星表面的信息,也没有向地球传输任何联系信号。欧洲航天局的科学家们在对美国航空航天局的“火星全球勘测者”拍摄的照片进行研究时发现,猎兔犬-2其实已经成功登陆火星。科学家们在一张火星表面小型弧坑的照片上发现了几个黑斑,并确定这些黑斑很可能就是猎兔犬-2的防震气垫和降落伞,这意味着猎兔犬-2的…     

苏拟于1994年发射火星探测器

1988年7月6～14日,在莫斯科召开的“未来火星研究国际讨论会”上,苏联发表了1994年发射下一个火星探测器的决定。就发射而言,若使用大型火箭“能源号”的方案,则从1994年到2010年分三个阶段进行。首先于1994年把带有着陆舱的大型探测器送到火星上;接着2000～2005年发射能带回土壤和大气样品的探测器;最后2005～2010年完成有人火星探测计划。     

“探路者”造访火星

历时7个月、经过4.94亿千米的飞行,美国航宇局的“火星探路者”飞船终于到达目的地——火星。美国东部时间7月4日下午一时零七分,飞船在火星阿瑞斯平原顺利着陆,开始了人类有史以来最重要的火星考察活动。 着陆阿瑞斯平原 7月4日下午一点过后,以每小时2.66万千米速度在火星外层大气中运行的“火星探路者”飞船首     

翼伞充气过程的流固耦合方法数值仿真

为研究冲压式翼伞折叠充气过程的流固耦合动力学特性，基于自由曲面变形理论建立了多气室冲压翼伞的展向折叠模型。流体域通过时步更新技术实现了随伞载系统运动，采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法开展了翼伞非定常充气展开过程的非线性动力学数值计算，数值计算结果与空投试验结果具有较好的一致性。深入分析了翼伞充气过程中的三维外形及非定常流场分布情况，表明翼伞充气过程由于翼尖涡绕流，存在“翼尖上翘，中部凹陷”的翼伞尾流再附现象；各气室的充气规律关于中央气室对称；分析了翼伞气动特性的动态变化规律，充满后翼伞滑翔比稳定在2.24。上述研究为翼伞设计及开伞性能预测提供了一定的理论依据。