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探月三期再入返回飞行试验团队:打开深空美画卷

作者:民族音乐
出处:www.lunrr.com
时间:2019-12-20

作者:王梓霏资料来源:中国科学新闻发布日期:2015/2/16 8:15:57

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月球探测三期返程飞行试验组:Open Shen 空美国卷轴

■记者王梓霏

2014年11月1日凌晨,月球探测三期返程飞行试验返程飞机在内蒙古四子王旗着陆 这是嫦娥飞船的首次返回,中国因此成为继前苏联和美国之后第三个成功回收月球轨道飞行器的国家。

月球探测项目第三阶段的测试人员,被研究人员亲切地称为“探路者士兵”,由一个服务模块和一个返回者组成。 寻回者的任务是模拟嫦娥五号探测器的后续飞行过程和一系列关键技术来验证返回,为月球探测项目第三阶段的任务目标奠定基础。

打开一个深深的空美丽的画卷,展示给世界。这是整个团队一直努力的目标。

回家的路很长

发射后,“探路者蝙蝠侠”经历了六个关键节点:星箭分离、地球和月球转移、月球附近转向、月球转移、再入和返回、回收和着陆等。 其中,飞行试验装置采用“半弹道跳跃再入返回”方法返回地球,这是任务的重点和难点。

中国航天科技公司飞行试验器返回单元502 GNC(导航制导与控制)子系统副总设计师王勇表示,返回单元以大约每秒11公里的速度进入大气层,比第一个每秒7.8公里的宇宙速度要快得多。 然而,如果此时采用传统的“弹道再入”,基于对结构强度和热防护要求的分析,由于尺寸和重量的限制,整个返回系统可能无法承受,可以选择“跳跃再入”(jump return)来解决这个问题。 数据显示苏联探测器自动站7号和美国阿波罗登月飞船都以这种方式返回地球。 ”第五医院飞行测试仪的副总设计师彭静说

然而,这种返航方式也决定了返航者的整个返航航程比我们领土东西部之间的最长距离还要长。 “神舟飞船系列的重返旅程是2000公里,而返回者飞行了6800公里 ”王勇说,进入大气层后的各种不确定性加剧了返回的难度。

以返回器高速再入的气动设计为例,需要考虑高速段的化学平衡和非平衡效应、稀薄气体效应和滑移效应等复杂的流动效应,以优化气动外形,使返回器具有良好的平衡特性、升阻特性、稳定性和热流分布特性。

这些都需要地面实验模拟一遍又一遍的支持和验证,而GNC系统的发展更是至关重要。

“从演示开始到原型,我们花了三年时间 大多数时候,人们经常通宵工作。 ”502月球探测三期再入试验GNC系统司令部何建说

在返回者身上穿上“防护服”。

防热技术也是确保返回者成功返回的关键。 返回舱再入速度大,时间长,表面温度可达2000摄氏度以上,返回舱返回时面临的峰值热流、总加热时间、总加热量等是神舟飞船的2-3倍。

如果表面温度传导到内部,会危及返回器内部设备的正常运行;然而,在前一个飞行阶段,装置上的惯性测量单元在工作时有大量热量,必须释放。 散热和隔热已成为科技人员必须解决的矛盾。

由于火箭运载能力和各方面的限制,整个返回器的重量只有330公斤左右,这就决定了热防护设计不能用传统的方法和材料进行,否则返回器将会大大超重。 “为了减轻热防护系统的重量,我们必须设法降低热防护材料的密度;我们还应该在不同的部位选择不同的热防护材料,并设计合适的热防护层厚度。 ”彭静说

选择好的耐热材料是克服困难的重要一步,历时近2年:先后测试了30多种材料配方,开发了数百种不同材料的试样,进行了各种烧蚀试验和环境适应性试验,最终选择了7种新材料。

在两种不同热防护材料的接合处,热条件是相同的,但是加热时不同材料的烧蚀变化是不同的。 为了保证返回器的形状变化可控,不同位置不同消融材料的匹配也是研究人员必须解决的问题。

”通过分析返回者飞行后的数据,现在看来效果很好,消融退缩量与预测相差不超过3毫米 ”彭静说

珍惜和感激

为了任务的成功,忘记吃饭睡觉和昼夜不停是正常的。月球探测项目第三阶段的几乎所有再入和返回飞行测试人员都处于相同的状态。

“一旦一个链接出错,它可能会出现问题 “总设计师孟展锋说,直到返回者成功返回,他的心才回到胃里。

2008年,当月球探测项目的第三阶段开始展示时,孟展锋仍然是一名新的月球探测新兵。 今天,他已经是首席设计师了。 在月球探测项目第三阶段重返和返回任务的训练下,年轻的新军一个接一个地成长起来,丰富了我们的深空空探测队。

米切尔格里芬(Mitchell Griffin),前美国宇航局局长,曾经说过:中国太空计划最令人羡慕的是它有大量年轻的科学家和工程师。

”整个研究团队中的大多数设计师都是“80后”;在一线制造和实验人员中,甚至有90年代的人 ”彭静说

尽管任务非常艰巨,工作也非常艰巨,孟展锋等人心中充满了感激之情。 “在我们的团队中,很多人毕业后都有机会参加如此重要的国家重大项目,这真是一个难得的机会。 ”孟展锋说,这个过程值得每个人的努力和珍惜

嫦娥五号将于2017年左右在海南文昌卫星发射中心发射 嫦娥五号的无人采样返回月球需要解决四个关键问题:高速再入返回、月球轨道交会对接、月球表面起飞和上升、月球表面采样和包装。

彭静说,半弹道跳跃再入技术的突破不仅为嫦娥五号的成功奠定了坚实的基础,还可以用于未来载人登月或火星、金星和土星等大气天体的进入。 因此,这次高速再入的成功对中国的未来具有深远的意义空

《中国科学报》 (2015-02-16第四版综合)

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