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航天器着陆缓冲技术研究进展

2021-09-13王永滨武士轻蒋万松竺梅芳王立武

科学技术与工程 2021年24期

王永滨, 武士轻, 蒋万松, 竺梅芳,王立武,4, 黄 伟

(1.北京空间机电研究所,北京 100094;2.中国航天科技集团有限公司航天进入减速与着陆技术实验室,北京 100094;3.南京航空航天大学航天学院,南京 210016;4.东南大学土木工程学院,南京 211189)

航天器在进入或者返回过程中,一般采用降落伞或者发动机等进行减速。一般在有大气的环境下,例如返回地球或者进入火星时,一般采用降落伞减速,将航天器的速度减速到6~13 m/s,但是该速度不会太低,否则降落伞的质量和尺寸将大到不可接受的规格;在一些没有大气的星体探测时,一般采用发动机进行减速,如在开展月球和小行星探测时,一般采用发动机实现航天器慢速抵近目标地点,将航天器接近零速悬停到一定高度(着陆冲击速度3~6 m/s),随后关闭发动机,探测器最终靠自身重力着陆在目标地点,过近抵近着陆点易导致探测器在发动机反推力和羽流综合作用下产生的倾覆。

航天器如果以上状态不经过任何缓冲过程直接着陆,一般会导致航天器的损毁,如果是载人航天器还将危及航天员的生命。综上,仅采用降落伞或者发动机减速无法实现航天器完成最终着陆,即航天器存留的着陆速度需要采用特殊的着陆缓冲技术将其消耗掉,最终实现航天器的速度降为零。从能量角度来说,航天器着陆前具备一定的动能(如降落伞稳速下降)或者势能(如动力减速悬停态),需要采取特殊手段吸收着陆过程中的能量,该部分能量一方面通过航天器自身主动吸能,另一方面航天器结构与冲击介质之间也会吸收一部分能量。……

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