■楊孝文

揭秘“好奇”號制動傘

■楊孝文

2009年3月和4月，﹃好奇﹄號的制動傘在世界上最大的風(fēng)洞接受測試。這個風(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”號火星車將于2012年8月5日在太空起重機的幫助下在火星表面著陸。在太空起重機利用繩索和制動火箭讓“好奇”號慢慢降落蓋爾隕石坑之前，制動降落傘將首先打開，使“好奇”號以及太空起重機的速度降至亞音速。在設(shè)計“好奇”號制動傘的過程中，美國航空航天局把目光投向大約50年前進行的制動傘測試數(shù)據(jù)。

“好奇”號的制動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。這個制動傘的直徑約19.7米，是一個盤縫帶傘，由一個發(fā)射器打開。制動傘的主盤是一個圓頂形傘蓋，頂部有一個洞，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)計上通過控制進氣方向來提高橫向穩(wěn)定性。在地球上測試“好奇”號制動傘這樣的重要組件并不是件容易的事，因為火星大氣的厚度只有地球的1%，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，但費用極高。

然而，在為1976年的“海盜”號火星任務(wù)研究相關(guān)細節(jié)時，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了三項降落傘測試計劃，分別是進入行星大氣層降落傘計劃（以下簡稱PEPP）、超音速行星進入探測器計劃（以下簡稱SPED）和超音速高空降落傘實驗（以下簡稱SHAPE）。

PEPP計劃進行了16次高空超音速展開測試，其中有8次使用盤縫帶傘，1次在上層大氣層對直徑19.7米的降落傘進行超音速測試。當(dāng)時的降落傘共有72個幅段（“好奇”號降落傘共有80個幅段，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，束帶與載荷相連。載荷是一個直徑約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行測試，搭乘一個約73萬立方米的熱氣球進入高空。3小時后，載荷進入測試所需高度——白沙導(dǎo)彈試驗場上空大約40 000米，這一高度能夠模擬降落時在火星上層大氣層遇到的環(huán)境。

達到這一高度后，載荷便脫離熱氣球。3.8秒后，火箭發(fā)動機點火，將模擬飛船的速度提升到約1700千米/時。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大問題是傘蓋的2個幅段出現(xiàn)破損，導(dǎo)致最小表面積減少不到0.5%。這項測試取得成功，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”號登陸器、“火星探路者”號漫游者、火星探測漫游者以及“鳳凰”號登陸器都使用這種降落傘。太空起重機可能是所有火星任務(wù)中最為先進、復(fù)雜并且精確度最高的登陸系統(tǒng)，但相比之下，“好奇”號的制動傘雖然不是什么新技術(shù)，但也擁有長達近50年的成功服役史。