漫话航天器登陆星球技术

　　航天器登陆星球技术，是当前空间科技发展取得的一项重大成就。那么，航天器登陆火星与登陆月球和返回地球有何不同呢？实际上，这是一个航天器进入技术问题。 <p>　　航天器进入技术，是指使航天器按照预定要求进入行星大气层并在行星表面软着陆的技术。月球虽是地球的天然卫星且无大气，但习惯上将航天器在月面的软着陆也归入进入技术。所谓软着陆，就是通过减速使航天器在接触星球表面瞬间的垂直速度降低到最小值，从而实现安全登陆，目的是保证航天器上的仪器设备完好无损，如果是载人航天器着陆时，还要保证航天员的人身安全。与软着陆相对应的是硬着陆，即航天器未经专门减速装置的减速，而以较大的速度直接冲撞的方式进行登陆，致使本身完全或大部分损坏，成为毁坏性着陆，仅利用撞坏前的飞行时间对目标星体及其空间进行探测。两相比较，软着陆技术难度更大，利用价值也最高。本文介绍的内容均属软着陆范畴。 </p><p>　　进入技术是综合性技术，包括离轨技术、减速技术、有大气层时的防热技术和着陆控制技术等。由于不同的目标星引力大小各异，有大气时密度相差很大，航天器的重量和体积以及飞临星体时的轨道参数有别，故而航天器进入各星球的技术虽有共同的规律，但具体手段不尽相同，有的还大相径庭。即就是对同一天体来说，随着人类科学技术的进步，所采取的软着陆方式也在不断改进。 </p><p>　　</p><p>　　火星着陆 </p><p>　　就航天器着陆火星来说，由于火星大气的密度约为地球大气密度的1％，航天器要利用其大气减速，必须配备巨大的降落伞。以“勇气”号为例，即可看出航天器着落火星的技术途径。2003年6月11日发射升空的“勇气”号，经近7个月的奔驰之后，于2004年1月4日飞临火星空间。为了登陆火星，当它以每小时1.92万公里的速度在轨飞行时，先要调整姿态并与母船分离，此即离轨。然后“勇气”号沿一条曲线飞近火星，15分钟后在离火星128公里的高度上冲入大气层，随即靠大气阻力减速，并依赖精确设计的热屏蔽抵御与大气摩擦产生的摄氏1400度的高温。在大气层中飞行4分钟后，它降至距火星表面8公里左右时时速亦减低到1600公里，此时直径为10多米的降落伞自动打开，20秒后热屏蔽剥离，包裹火星车的尚未充气的气囊显露出来。由于降落伞的作用，“勇气”号的速度进一步降低到每秒89.12米。最后6秒钟，制动火箭点火，给火星车一个向上的冲量，迫使其再次减速。离火星地面约15米时，切断降落伞绳索。在这15米的自由落体运动中，气囊充气，“勇气”号以每秒13.3米的速度着陆火星，依靠气囊防止受到撞击，并在1公里的范围内弹跳多次，最后静静地呆在火星赤道以南15度处的古谢夫环形山区域。此时气囊开始放气，由3部分组成的保护层打开，在接下来的两个小时中，太阳能板展开，为火星车提供能源并保护其在火星的严寒中正常运行。不料1瓣气囊泄气不彻底，1根缆绳未能解除对它的束缚，致使“勇气”号火星车到1月16日才排除故障，与火星土地接触。重为174公斤、大小犹如1台微型轿车的“勇气”号火星车，是具有6个轮子的自动导航装置。在随后的工作时间里，它不断前行，以探测火星水迹和生命。1月25日登陆火星的“机遇”号火星车，其着陆过程与“勇气号”类似，但在登陆后未遇到意外情况，一切都很顺利。两者的构造完全相同，着陆点的经度正好相差180度。“勇气”号从进入火星大气层到着陆火星地面共飞行了6分钟。鉴于从地球到火星进行无线电传输需要10多分钟，因而“勇气”号的着陆过程不能从地球上进行实时控制，而由火星车上的自动控制设备予以完成。 </p><p>　　</p><p>　　月球着陆 </p><p>　　月球没有大气，故而航天器登陆月面过程中无法使用降落伞减速，也无需采用防热措施，全靠计算机控制和制动火箭逐步完成着陆过程。如是载人航天器，还需要航天员的手动操作予以配合。这方面的典型事例，莫过于阿波罗飞船的载人登月。 </p><p>　　1969年7月16日，美国发射了阿波罗11号载人飞船，奏响了登月计划的乐章。20日凌晨，飞船进入环月轨道飞行。飞船绕月运行了13圈后，登月舱与指挥舱分离，航天员柯林斯驾驶指挥舱继续绕月飞行，指令长阿姆斯特朗和航天员奥德林乘坐登月舱开始奔向月面。在下降段火箭发动机的制动作用下，登月舱沿着一条弧线飞向月球，并逐渐减慢速度，依靠自动寻找目标装置朝着预定着陆区域飞行。当登月舱距月面150米时，阿姆斯特朗开始实施手动操纵飞行，并从窗口向外观看，寻找平整、安全的着陆地点。当距月面不到30米时，辅助推进系统工作，以调整登月舱的速度和位置。当到达距月面约9米的上空时，阿姆斯特朗开始驾驶登月舱盘旋，并缓缓靠向月面，最后4条腿的支架着地，安全地降落在月球的静海区域。登月舱质量约为14吨，高6米多，由下降段和上升段组成。上升段里还有上升火箭发动机，两名航天员在月面上完成任务后，就回到上升段里启动上升发动机使他们飞离月面，而下降段就留在了月球上。 </p><p>　　登月舱除无降落伞外，亦无气囊，还要靠人工操作。因为是载人航天器，不允许用气囊在月面上跳动，以免人身损伤和生命危险。 </p><p>　　</p><p>　　返回地球 </p><p>　　航天器着陆地球的进入技术通常称为返回技术，航天器从外层空间返回地面要经历离轨、过渡、再入和着陆4个阶段。用我国神舟五号飞船首次载人航天飞行获得圆满成功为例说明这一问题，最容易被人们所理解。 </p><p>　　离轨阶段就是利用制动火箭的推力作用完成飞船脱离原来绕地运行轨道的变轨操作程序。2003年10月16日5时35分。当神舟五号飞船运行到南大西洋上空时，接到了地面发出的返回指令，它随即调整姿态，返回舱与轨道舱分离。接着，返回舱在制动火箭的作用下，脱离原行轨道，进入一条朝中国上空方向的椭圆轨道飞行。 </p><p>　　过渡阶段是返回舱从离开原飞行轨道到进入大气层为止的一段椭圆轨道路程。当返回舱降到距地球约140公里的高度时又接到地面指令，使其与推进舱分离。然后返回舱单独飞行，当其距地球约100公里时，过渡阶段结束，开始再入大气层。 </p><p>　　再入阶段是返回舱从进入大气层到距地球约10公里处的一段飞行过程。返回舱以每秒8公里的速度重返大气层，空气摩擦使其外壁温度迅速升高，它除选用耐高温材料外，还采取了防热结构。受空气阻力作用，返回舱速度也随之减小。 </p><p>　　着陆阶段是利用降落伞和其他减速装置使返回舱安全着陆的一段经历。当返回舱下降到距地球约10公里时，弹出伞舱盖，连续完成拉出引导伞、减速伞和主伞动作。返回舱乘主伞以每秒6－8米的速度下降，到距地面约1米时，点燃制动火箭，使它以不大于每秒3.5米的速度实现了软着陆。落地时间为16日6时23分。返回舱从离轨到着陆共用时48分钟。 </p><p>　　综上所述，不难看出，航天器在不同星球实施登陆的技术，是从实际出发，有针对性地采用了适应各自主客观情况的装置和做法，没有也不可能有统一的方案和途径，因而各具特色。（尹怀勤） </p><p>　　来源：国家航天局网</p><p>　　</p><p>　　</p><p>　　</p><p>　　</p><br />