硬著陸(航空航天學術語)

硬著陸，指太空飛行器未經專門減速裝置的減速，而以較大速度直接衝撞著陸的著陸方式。由於著陸速度過大，太空飛行器將完全或大部損壞，因此太空飛行器硬著陸就是毀壞性的著陸，與一般航空器的“著陸”概念不同。

基本介紹

• 中文名：硬著陸
• 外文名：hard landing
• 用於：航空航天
• 類別：專業名詞

定義

在航天探測領域，硬著陸指在硬結構探測器穿入行星表面時，通過行星土介質的變形和同探測器的摩擦來逐步耗散其動能。探測器既可在穿入行星表面時進行動態力學測量，更可在其滯留後測量星體的某些物理特性。太空飛行器硬著陸是毀壞性的著陸，與一般航空器的“著陸”概念不同。蘇聯的“月球” 2號、5號、7號、8號探測器曾在月球上硬著陸；“金星”3號探測器曾在金星上硬著陸。

在航空領域，飛機製造商對硬著陸的定義為:飛機著陸時垂直加速度或橫滾角度超過對應機型的極限值，硬著陸會引起機翼、起落架和發動機的結構損壞甚至斷裂，而且會造成空地邏輯電門的旁通功能，導致接地後擾流板無法正常升起，造成衝出跑道的危險。一般應予以避免。

航天硬著陸

基本原理

太空飛行器經過太空飛行在行星(包括衛星)著陸時，其速度很高。例如以月球的逃逸速度在月球著陸時，速度達2.35 km/s，經過高空火箭反推減速，該速度降低為幾百米/秒。

硬著陸探測器的典型結構

一般說來，金屬材料超高速碰撞時，物體仍然處於彈-塑性狀態，即未完全喪失強度的最低速度為3 km/s。因此，對於直徑幾十毫米至幾百毫米，長度幾百毫米至幾米，質量幾公斤至幾百公斤的探測器，在撞擊行星前不用火箭反推，在撞擊時不主要依靠自身結構的塑性變形，而是依靠土介質的塑性變形以及探測器與土的摩擦來緩和著陸時的衝擊，硬結構探測器本身則穿入星體表面。在其穿入表面時和滯留後，利用探測器中感測器和彈載波存儀來測量星體特性，並由傳輸天線向地球發回測量信號。這種硬結構探測器技術簡單、可靠。特別是當採用子母彈形式，在繞月球軌道飛行的不同區域釋放多個侵徹器來測量星體多個落區的地學性能時，其優點更為突出。

研究發展

早在50年代，美國和蘇聯就競相發展月球等星體的硬著陸探測技術。

從60年代初起，美國進行了大量的彈體撞擊土介質試驗，發現 了許多驚人的現象，如：探測器的高速侵徹深度遠比按靜強度計算的結果高。如同研究運載器在大氣和水中飛行的氣動力學和水動力學一樣，一門新的學科——地面 動力學(Terradynamics)，即在土介質中的飛行力學，產生和發展起來。經過深入的研究，在60年代中期，美國已經完成硬結構著陸月球探測器的初步設計。由於當時著重發展飛船載人登月，該項技術沒有完全實施。

但是，由於硬著陸探測器技術有著許多優點，伴隨著穿地武器的發展，火星探測器硬著陸技術在70年代以後又大步發展起來。

第3次星體硬著陸研究的高潮始於90年代初。種種科學和技術上的需要，加上探測器結構和內部電子器件的改進，促進了國際上探測和開發月球等星體新時期的到來。 在國際空間活動中奮起直追的日本首先安排了穿月探測器計畫。

航空硬著陸

對飛機的損傷

首先區分兩個概念，硬著陸（hardlanding）和超重著陸（overweightlanding）。硬著陸是指飛機著陸瞬間，發生垂直加速度或垂直下降率等參數超出標準的情況，且往往與飛機的著陸姿態有關，但與飛機重量無關。超重著陸是指飛機著陸時的重量超過了最大著陸重量（MLW）。不管是硬著陸還是超重著陸，都會使飛機的結構，特別是起落架、機翼等部件承受較大的載荷，當載荷超過設計限制時，就會對機體結構造成損傷。嚴重的重著陸事件可能導致機毀人亡，世界民航史上曾發生多起因機組操作不當或飛機本身故障導致的重著陸事故。

判斷依據

航空公司依照飛機製造廠商的規定，通過飛行員 主觀感受和飛行快速存取記錄器中垂直載荷的門檻 值判斷是否發生硬著陸，該方法存在較高的漏判率和誤判率。目前，判定是否發生硬著陸事件，航空公司主要根據垂 直加速度是否超限以及飛行員口頭匯報，這種判斷方法不夠嚴謹，忽略了其他導致發生硬著陸事件的因素。

針對這一情況，許多研究人員針對硬著陸的判斷因素分析展開了研究。黃聖國等提出使用神經網路對飛機硬著陸進行故障診斷，使飛機硬著陸診斷的智慧型化大大提高，在 一定程度上提高了硬著陸判斷的準確率，隨後又提 出了支持向量機的硬著陸故障診斷方法，將傳統的單 一判斷因素擴展到多因素判斷，並運用遺傳算法和粒 子群算法最佳化模型參數，具有較高的判斷精度。除此以外，還有通過分析 QAR 數據，使用貝葉斯算法建模提高硬著陸判斷的準確率。