火星探测器减速着陆技术特点

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1、第3l卷第4期航天返回与遥感2010年8，】SPACECR气F1、RECOVERY＆RFM()1ESENSING1火星探测器减速着陆技术特点荣伟陈国良(北京空间机电研究所，北京100076)摘要针对火星上的稀薄大气环境和火星探测器的着陆要求，对火星探测器减速着陆技术进行了系统的分析，探讨了火星探测器减速着陆系统、气动外形、降落伞和着陆缓冲等相关环节的技术特点，为未来火星探测器减速着陆系统的设计提供参考。关键词着陆技术降落伞火星探测器中图分类号：v529文献标识码：A文章编号：1009—8518{2010)04—0001—06TheCharactersofDecelerationandLand

2、ingTechnologyonMarsExplorerRongWeiChenGuoliang(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity，Beij堍，10)(0)06，China)AbstractAccordingtotheMartianmreatmosphereenvironmentandthelandingrequirementsofMarsexplorer．thedecelerationandlandingtechnologiesonMarsexplorerareaIlalyzedinthispaper．Thetechnicalcharac

3、tersofrelatedparts，suchasMarsexplorerdecelerationandlandingsystem，aerodynamicconfiguration，parachuteandlandingcush·ion，alediscussed．Theresultscanprovide涨refel'encesforthedesignofMarsexplorerdecelerationofla她systeminthefuture．KeywordsI_,andingtechnologyParachuteMarsexplorer由于火星上存在大气层，因此要实现火星探测器在火星表面

4、的软着陆，就可以与航天器在地球上实现软着陆一样，充分利用火星大气对探测器实现气动减速，并使其在火星表面安全着陆。着陆火星的工作过程与航天器绕地球轨道返回和着陆的过程棚似，这也是俄、美实现火譬着陆采用的方法。然而，由于火星大气层的成分、物理性质等与地球的大气存在着较大的差别，所以火星探测器减速着陆系统的设计有着自身的特点和要求⋯。本文主要根据火星大气环境的一般特征，对火星探测器减速着陆技术的基本特点进行了初步分析，以便为火星探测器减速着陆系统的设计提供参考。火星大气的一般特征火星是一颗离地球最近的外行星，它处于地球轨道的外侧。火星的直径为6776km，是地球直径的0．532；质量为6．4185

5、x1023kg，是地球质量的0．1cr74；平均密度为3．94X103kg／m3；表面重力加速度为3．8m／s2。火星大气的主要成分为c02(95．32％)、N2(2．7％)、Ar(1．6％)、02(0．13％)、co(o．08％)，平均摩尔质量收稿日期：2010—04—14基金项目：中国空间技术研究院自主研发课题2航天返回与遥感2010年第31卷为43．349／mol。火星上大气非常稀薄，表面大气压为690—900Pa，即火星表面气压相当于地球上空30～40l(m高度处的大气压；火星表面大气密度约为0．015kg／m3；平均温度为一63。C，昼夜温差很大，“海盗一号”的着陆点(北纬22．2

6、7。，西经47．97。)，白天为一3l℃，夜晚为一89。C。赤道地区中午可达20。(2，两极地区在漫长的极夜最低温度可到一139。C。图l、图2分别为火星大气密度和温度随高度的变化情况[2l。^飞＼∞专＼蜊船IL图1火星大气密度随高度的变化2火星探测器减速着陆系统特点＼／、／—、．／20406080100120140160高度／k,r图2火星大气温度随高度的变化与地球上大气相比，火星大气密度非常稀薄。在离火星表面lOkm的高度，其大气密度约为0．0065kg／m3，而在离地球表面lOkm高度处的大气密度约为0．413kg／m3，即火星上的大气密度要比地球的小两个数量级。火星探测器在如此稀薄的

7、大气层里运动，必须充分发挥探测器自身气动阻力的减速作用。为了简化分析，假设火星探测器依靠其自身的气动阻力到达离火星表面lOkm高度时趋于稳定下降速度。于是，根据弹道系数卢可以得出不同稳降速度与弹道系数间的关系。卢=葡M(1)式中肘为探测器质量；CD为阻力系数；A为参考面积。图3比较了航天器在火星和地球大气中运动时，lOkm高度处的稳降速度和弹道系数问的变化关系。由图3可知，稳降速度要求越小则弹道系数也越小，而