揭秘“好奇”號制動傘

■楊孝文

揭秘“好奇”號制動傘

■楊孝文

2009年3月和4月，﹃好奇﹄號的制動傘在世界上最大的風洞接受測試。這個風洞位于加利福尼亞州莫菲特場的美國航空航天局艾姆斯研究中心

如果一切順利的話，美國航空航天局的“好奇”號火星車將于2012年8月5日在太空起重機的幫助下在火星表面著陸。在太空起重機利用繩索和制動火箭讓“好奇”號慢慢降落蓋爾隕石坑之前，制動降落傘將首先打開，使“好奇”號以及太空起重機的速度降至亞音速。在設計“好奇”號制動傘的過程中，美國航空航天局把目光投向大約50年前進行的制動傘測試數據。

“好奇”號的制動傘是這輛火星車降落過程中所受到的大氣阻力的主要來源。這個制動傘的直徑約19.7米，是一個盤縫帶傘，由一個發射器打開。制動傘的主盤是一個圓頂形傘蓋，頂部有一個洞，用于緩解空氣壓力。主盤下方有一條裂縫，充當通氣口，防止傘蓋破裂。裂縫下方是一條織物帶，在設計上通過控制進氣方向來提高橫向穩定性。在地球上測試“好奇”號制動傘這樣的重要組件并不是件容易的事，因為火星大氣的厚度只有地球的1%，引力只有地球的1/3。科學家雖然能夠在地球上模擬這些環境，但費用極高。

然而，在為1976年的“海盜”號火星任務研究相關細節時，美國航空航天局擁有充足的預算，用于在20世紀60年代末之前將宇航員送上月球。美國航空航天局啟動了三項降落傘測試計劃，分別是進入行星大氣層降落傘計劃（以下簡稱PEPP）、超音速行星進入探測器計劃（以下簡稱SPED）和超音速高空降落傘實驗（以下簡稱SHAPE）。

PEPP計劃進行了16次高空超音速展開測試，其中有8次使用盤縫帶傘，1次在上層大氣層對直徑19.7米的降落傘進行超音速測試。當時的降落傘共有72個幅段（“好奇”號降落傘共有80個幅段，用以降低織物壓力和允許使用輕型織物）和72根將降落傘與束帶連接在一起的傘繩，測試時，束帶與載荷相連。載荷是一個直徑約4.5米的模擬飛船。

1967年7月28日，載荷以及減速傘在新墨西哥州羅斯韋爾的沃克空軍基地進行測試，搭乘一個約73萬立方米的熱氣球進入高空。3小時后，載荷進入測試所需高度——白沙導彈試驗場上空大約40 000米，這一高度能夠模擬降落時在火星上層大氣層遇到的環境。

達到這一高度后，載荷便脫離熱氣球。3.8秒后，火箭發動機點火，將模擬飛船的速度提升到約1700千米/時。在此之后，束帶拉開，彈出降落傘。降落傘隨即充氣，一度短暫塌陷，但隨后再次充氣，3秒內完全充氣并趨于穩定。測試中遇到的唯一一個大問題是傘蓋的2個幅段出現破損，導致最小表面積減少不到0.5%。這項測試取得成功，證明在稀薄大氣中打開直徑19.7米的盤縫帶傘具有可行性。這種降落傘充氣后可產生足夠阻力，減緩載荷朝著目標行星表面的降落速度。

盤縫帶傘參與了美國航空航天局幾十年來的火星任務。“海盜”號登陸器、“火星探路者”號漫游者、火星探測漫游者以及“鳳凰”號登陸器都使用這種降落傘。太空起重機可能是所有火星任務中最為先進、復雜并且精確度最高的登陸系統，但相比之下，“好奇”號的制動傘雖然不是什么新技術，但也擁有長達近50年的成功服役史。