侯振东，刘 扬，赵 毓

(北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)

0 引 言

载人月面着陆器用于实现航天员从环月轨道到月球表面的往返运输,并为月面探测活动提供支持。月面下降和上升的速度增量需求大,为减少推进剂消耗,应尽量降低返回环月轨道的系统干重,因此月面着陆器一般由至少2个舱段组成,选择在着陆月面后或下降中途将完成动力任务的舱段分离。月面分离模式下,月面着陆器(由下降级和上升级组成)整器下降着陆月面,下降级提供月面下降着陆动力,在月面上升前解锁分离,上升级独自上升入轨,阿波罗登月舱[1-2]、嫦娥五号探测器[3]、Altair登月舱[4]等均采用月面分离模式。中途分离模式下,月面着陆器(由推进舱和登月舱组成)在下降着陆飞行途中进行舱段分离,分离前由推进舱提供下降过程的主要减速动力,之后抛离推进舱,由登月舱独自完成后续下降着陆和上升入轨任务,N1-L3登月舱[5]、DASH着陆器[6-7]、可移动月面着陆器[8-9]等均采用中途分离模式。

月面分离模式在下降期间无分离动作,下降方案更成熟,且下降级可作为月面起飞平台,降低起飞发动机羽流对上升级的影响,起飞控制和热防护难度更低,但对下降级发动机的研制提出了较高要求。月面下降初期需要较大的发动机推力以提升减速效率,月面下降后期需要通过变推力调节实现缓速稳定着陆,着陆时刻发动机推力与落月质量相当,整个过程中发动机推力需求变化幅度大,连续变推力需求主要针对下降着陆后期,以阿波罗登月舱为例,最大推力约44.5 kN的推力,变推比10∶1,在4.67～28 kN范围内连续变推[10]。……