低密度超音速減速器

低密度超音速減速器

美國宇航局最新研製一種“飛碟”太空降落傘,實際上是低密度超音速減速器(LDSD),用於攜載降落比“好奇號”火星車更大的探測器,未來可協助人類登入火星。

功能,實驗,

功能

低密度超音速減速器(LDSD)是迄今建造最大的降落傘之一,它的形狀頗似“飛碟”,降落傘的大小取決於火星大氣層狀況。採用世界上最大的降落傘“超音速盤帆”,在設計上,LDSD減速器用於將探測器等大型負荷送上火星。地球具有密集大氣層,因此飛行員能夠相對容易地使用降落傘著陸在地球表面。
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但是火星大氣層非常稀薄,因此降落傘需要製造得更大,為了形成空氣阻力實現安全著陸。LDSD系統可使大型火星車著陸在火星表面。例如:基於“好奇號”火星車的體積需要一種獨特的著陸方法,但當前技術並不充分。
LDSD是著陸火星表面的另一種方案,可以確保比好奇號火星車更大的探測器安全著陸火星。美國宇航局噴氣推進實驗室火星著陸專家艾倫-陳(Allen Chen)說:“這看似十分平常,但是著陸和碰撞之間的差別在於如何停止飛行器,我們使飛行器停止有兩個選擇——火箭和空氣阻力。”

實驗

在任務管理人員決定未來採用何種方法執行火星任務之前,LDSD將總共進行了四次測試。
2014年6月,美國宇航局的低密度超音速減速器(以下簡稱LDSD)在夏威夷進行測試。LDSD減速器採用世界上最大的降落傘“超音速盤帆”,測試中進入距地面18萬英尺(約合54860米)的高度,速度一度達到音速的4倍。
LDSD減速器將進行3次飛行測試,6月的測試是第一次。這一次的測試旨在確定採用氣球發射和火箭動力的設計能否達到兩項針對未來火星任務研發的突破性技術所需的高度和空速。這兩項技術分別是超音速充氣型空氣動力學減速器和超音速盤帆降落傘。
在此次成功測試結束後幾小時,美國海軍爆炸物處理部隊的潛水員前往降落區,回收LDSD減速器。夏威夷的測試是LDSD減速器的第一次成功測試,此前的測試因為大風以失敗告終,LDSD減速器被吹入禁飛區。這項技術有望在將來的某一天將重型飛船送上火星。宇航局希望他們的最新設計能夠在未來取代自“海盜”號登入器1976年登入火星以來採用的一些降落傘設計。
好奇號2012年著陸火星的技術將被美國宇航局繼續用於載人飛行任務等更重的飛船著陸。美國宇航局的低密度超音速減速器(LDSD)項目正接近於宇宙飛船技術的邊緣,這項技術將幫助他們設計出最安全、最低廉的方式來為進入火星大氣的飛船減速。
幫助接近火星的飛船減緩速度的這種最低廉方式利用了大氣層的自然摩擦力。LDSD技術所設計的飛碟狀的巨大表面會使這種潛能最大化,產生許多拖力幫助飛船減速降落到火星表面。
然而飛船能夠獲得更大的摩擦力。這也是科學家們設計出超音速可膨脹氣動力減速裝置(SIAD)的原因。它通過增加飛船的體積來獲得更多的摩擦力。
SIAD是一種可膨脹的管子,能夠將LDSD飛船的直徑從15英尺(約4.57米)直接擴大到26英尺(約7.92米)。
SIAD纏繞在LDSD飛船的四周,依靠壓縮氣體進行膨脹。美國宇航局設計兩個不同版本的SIAD,20英尺的能夠用於未來的機器人任務,另一個26英尺直徑的設計則用於最終的載人飛行任務。
SIAD設計用於將飛船接近2600英里每小時或者更高的速度降低1500英里每小時甚至更低。為了測試LDSD飛船和SIAD材料在這種危險高速下的強度,美國宇航局的工程師們將LDSD飛船連線到火箭滑車上,並且在其達到超音速時進行充氣膨脹。然而,SIAD只能夠將飛船減速到大約1500英里每小時(約2414公里每小時),這一速度無法安全著陸。因此科學家們設計出了史上最大的超音速降落傘。
儘管研究人員是在地球上進行的測試,但是他們想要模擬飛船在火星上的超音速飛行。因此他們將飛船送上了18萬英尺(約54公里)的高空。
首先LDSD會藉助氣球完成大部分旅程。由於飛船的重量超過6800磅(約3084千克),因此需要一種強大的氣球將其送入高空。氣球加飛船組合的整體高度超過了華盛頓紀念碑(169米)。
之後,飛船底部的火箭會點火啟動,使其達到4倍音速並且再次上升6萬英尺,那裡的大氣條件非常稀薄,與火星大氣環境類似。此時SIAD會膨脹,將飛船的速度降低到大約1500英里每小時。
最終,飛船會被一台強有力的吊車拉出水面,並且裝船運送到岸邊進行更多的測試。LDSD項目負責人MarkAdler在一份聲明中稱,那次測試非常成功,而且完成了所有的飛行目標。
著名的科學家兼科學通訊員BillNye稱,有專家對美國宇航局的經濟預算進行了分析,發現其資金足以使美國宇航局在本世紀30年底末將第一批人類送上火星。

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