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從2019年1月3日著陸月球到1月11日和“玉兔二號”實現兩器互拍,我國“嫦娥四號”探測器圓滿完成此次登月任務。作為世界首個在月球背麵軟著陸和巡視探測的航天器,“嫦娥四號”此次著陸堪稱是“盲降”。
對於人類完全陌生的月球背麵,風大不大?地平不平?土壤鬆軟不鬆軟?未來的“嫦娥五號”以什麼樣的姿勢返回人間更安全、優雅?這些都是科研人員需要對“嫦娥”悉心關照的細節。
天津大學教授崔玉紅和王建山的空間力學團隊在羽流與月壤相互作用、模擬月貌區、穩定性試驗麵,以及“嫦娥”著陸器姿態及穩定性分析和著陸麵力學環境地麵試驗等方麵做了大量工作,陸續協助“嫦娥三號”及“嫦娥四號”順利登月。大量成果也將應用在預計2019年年底發射的“嫦娥五號”以及2020年前後實施的火星探測計劃中。
月球真空環境下,高速高溫的發動機噴流向外部真空環境膨脹、擴散,形成羽毛狀流場 ,稱為“羽流”。羽流能引起月塵大麵積擴散和離子汙染,嚴重時會影響著陸器的安全著陸。“嫦娥”在月球環境著陸中,羽流和月塵之間的作用如何真實再現?
天津大學空間力學團隊提出了一種考慮月壤顆粒被羽流破壞揚起以及真空環境下月壤顆粒之間碰撞、擴kuo散san及ji雙shuang向xiang能neng量liang耦ou合he的de新xin計ji算suan方fang法fa,揭jie示shi了le羽yu流liu和he月yue塵chen之zhi間jian相xiang互hu作zuo用yong的de力li學xue規gui律lv。這zhe種zhong方fang法fa不bu僅jin適shi用yong於yu連lian續xu區qu域yu,也ye適shi用yong於yu非fei連lian續xu區qu域yu的de月yue壤rang顆ke粒li計ji算suan,較jiao為wei準zhun確que地di模mo擬ni了le羽yu流liu與yu月yue壤rang顆ke粒li相xiang互hu作zuo用yong的de過guo程cheng。
由於問題的複雜性及計算條件、方法的限製,相關的計算問題,上個世紀60年代美國阿波羅登月時被提出來,一直沒有被明確地解決。直到上個世紀80niandaikaishiyouxuezheluxutichuleyixiejisuanfangfa,dandoucunzaiyidingdejuxianxing。tianjindaxuekongjianlixuetuanduishoucicaiyonggailiuguouhedefangfafenxizhenkonghuanjingzhongyuerangkelideyundong,suodeshuzhijisuanjieguoyumeiguoeboluo11號實測數據基本吻合。
但是,月球上的土壤是什麼樣的?這在很大程度上決定了“嫦娥”采用何種方式在月球安全著陸。在登月前,用什麼材料才能模擬出最“真實”的月壤?
kongjianlixuetuanduitongguoshuzhifenxixuandinglekeyimoniyueqiuturangdeshiyancailiao。tuanduitongguodaliangshiyan,quedingkeyongyumoniyuerangcailiaodeshiyanbeixuancailiao,caiyongdabianxingjiheguanxi,kaolvdanxinghesuxingbianxing,jiyoumocajiechudengyinsu,tongguoshuzhijisuan,monizaizhelutuidibuchongjilizuoyongxiagezhongbeixuancailiaozaizheluguochengzhongdeshoulihebianxing。fenxigezhongbeixuancailiaodeshoulihebianxingtezheng,genjushiyanjishuyaoqiu,youhuaxuandingkeyimoniyuerangdeshiyongcailiao。
最zui後hou,團tuan隊dui研yan製zhi了le懸xuan停ting避bi障zhang緩huan速su下xia降jiang試shi驗yan用yong月yue麵mian,根gen據ju月yue麵mian對dui微wei波bo和he激ji光guang以yi及ji光guang學xue敏min感gan器qi的de反fan射she特te性xing要yao求qiu,模mo擬ni月yue麵mian多duo種zhong地di形xing,包bao括kuo石shi塊kuai、凹坑、坡度等,研製並完成模擬月貌區的試驗研究和數值仿真。
與此同時,空間力學團隊也對“嫦娥”著陸麵力學環境地麵進行多次著陸衝擊試驗,驗證了單機加速度力學條件的正確性;試驗後太陽翼、定向天線、轉移機構等展開性能正常;OSR(戶外、生存、求救)、電池片檢驗沒有破損;推進係統、熱管等漏率指標滿足要求完成了著陸衝擊試驗中著陸床地麵研製等。
針對落地時“嫦娥”的de著zhe陸lu腿tui底di部bu選xuan用yong什shen麼me材cai料liao才cai更geng穩wen定ding的de問wen題ti,團tuan隊dui基ji於yu地di麵mian仿fang真zhen試shi驗yan的de要yao求qiu,模mo擬ni六liu分fen之zhi一yi地di球qiu重zhong力li的de邊bian界jie條tiao件jian,通tong過guo科ke學xue的de力li學xue分fen析xi為wei“嫦娥”選定一雙最舒適的“鞋”提供重要參考。
根據中國探月工程“繞”“落”“回”的計劃,或將於2019年發射的“嫦娥五號”將完成月麵取樣返回任務。“嫦娥”以什麼姿態返回地球最為安全和優雅?
空間力學團隊在“著陸器姿態及穩定性分析”zhong,wanchengledengyuezheluqifanhuidiqiudaqicenghoudezitaijiwendingxingfenxi,yanzhenglegedaohangminganqidejingtaihedongtaixingneng。duidengyuezheluqifadongjipenguanfanhuidiqiudaqicenghoudegezhongzitaijinxingleerweihesanweijianmoheshuzhifangzhen,bingqiemonijisuanledengyuezheluqifadongjizaibutonggaodugongkuangxiadetuili、比衝等特性參數,與熱空間力計算結果進行了比較,為登月著陸器返回地球大氣層後的姿態及穩定性提供參考數據。這一研究將用於“嫦娥五號”和未來“嫦娥六號”的研製。
不久前,我國公布首次火星探測任務將於2020年前後實施。天津大學空間力學團隊目前正承擔著模擬火星土壤等的部分工作,為2020年火星探測任務助力。

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