科技日报记者 李禾
低密度超声速降落伞是决定整个火星进入、下降和着陆任务成败的关键因素。中国天问一号火星探测器于北京时间2021年5月15日上午7时18分成功降落在火星乌托邦平原。然而，目前火星探测任务的成功率仅为50%左右，多数失败发生在进入、下降和着陆（Entry、Descent、and Landing，简称为EDL）阶段。在英文期刊《空间科学与技术》(Space: Science & Technology)新发表的论文《天问一号火星探测器降落伞的气动特性研究》中，北京空间机电研究所的黄明星团队公布了天问一号火星探测器降落伞的设计、优化和试验方法。
论文聚焦于降落伞的伞型选取和优化工作。不同于地球，火星复杂的大气环境更为复杂，涡旋和沙尘暴等火星大气运动，使降落伞的开伞环境十分恶劣。同时，火星降落伞工作条件具有超声速、低密度和低动压三个特点。因此，火星降落伞的设计和研制工作面临着诸多挑战，如降落伞开伞困难、充气不稳定、工作时阻力系数降低等。目前国外所有成功实现火星软着陆的着陆器配备的都是DGB（Disk-Gap-Band）降落伞，这种降落伞在超声速和低密度工作环境中具有良好的稳定性和优异的充气性能。在此基础上，作者重点围绕降落伞的减速性能和稳定性对现有DGB降落伞的结构进行了优化改进，并针对已有的和改进后的共五种DGB降落伞（Viking、Mars Pathfinder、Hemisflo、Triconical、Tapered）的关键参数进行了细致分析。
论文还指出，在完成五种DGB降落伞在亚声速、跨声速和超声速环境下的风洞试验后，通过对阻力系数和摆动角等关键性能指标的对比，选取了Tapered DGB降落伞作为优选方案。2018年4月通过探空火箭进行了四次高空开伞飞行试验，试验结果表明，所设计DGB降落伞在马赫数为0.2到2.4的环境中，其阻力系数变化范围为0.39到0.70，而且降落伞展开后的最大摆动角约为20°，相关指标可以满足天问一号火星探测器的软着陆减速需求。
（文中图片均由Space: Science & Technology期刊编辑部提供）
