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天問路上的氣動先行者——十一院為“天問一號”探測器成功著陸火星保駕護航
2021-05-20

515718分,由中國航天科技集團有限公司研制的“天問一號”探測器成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區,我國首次火星探測任務著陸火星取得成功。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平致賀電,代表黨中央、國務院和中央軍委,向首次火星探測任務指揮部并參加任務的全體同志致以熱烈的祝賀和誠摯的問候。

時間回到2020723日,“天問一號”探測器在文昌航天發射場由長征五號遙四運載火箭發射升空,成功進入預定軌道。在經過軌道修正、火星捕獲、繞火飛行和停泊軌道后,探測器至今已在浩瀚星空中飛行將近10個月。空氣動力學作為整個飛行研制任務中的關鍵技術難題,決定了探測器能否成功進入火星大氣,甚至是直接決定了整個火星探測任務的成敗。

十一院院長胡梅曉講道:“10個月的時間,十一院科研團隊的心一直與“天問一號”探測器一起在深空飛翔,始終牽掛它的安危,如今成功實現火星軟著陸,充分驗證了院氣動總體解決方案和防熱設計的正確性和可靠性,這為我們完成后續任務增添了信心,團隊人員一直緊繃的精神也終于輕松了。”

十一院火星任務氣動設計研究團隊,天問路上敢為人先,根據火星探測兩總的要求,與航天五院總體技術團隊組成了聯合攻關團隊,開展了火星探測全過程的氣動攻關、設計、驗證、技術保障工作。

天問路上的航天氣動人毅然擔負了氣動先行的重要使命。

  • 勇擔重任,支撐探測器創新氣動布局方案設計。在國際上首次提出了配平翼氣動方案和弧形后體氣動布局設計,解決了“天問一號”探測器超音速開傘的零攻角配置需求,有效減緩了鈍頭體構型低超聲速動不穩定特性。
  • 攻堅克難,構建高精度靜動態氣動力/熱數據庫。深入參與“天問一號”探測器再入過程的熱環境預示與分析,以及艙體密封性能分析和傘繩安全性評估,形成的火星進入全過程高精度氣動數據全面支撐了探測器各相關專業的詳細設計。
  • 大膽突破,實現進入火星大氣動態過程的評估。建立了火星大氣流體力學/飛行力學多學科耦合一體化數值仿真能力,先后完成了多項非定常仿真分析,以及擬真實設備復雜流動環境的精細分析。評估了熱噴流條件下流動環境特征、氣動穩定性與制動效果。
  • 勇于創新,開展精細化防熱理論研究。承擔了“天問一號”探測器防熱材料燒蝕機理研究與防熱結構設計評估工作,建立了防熱材料的燒蝕傳熱計算模型,明確了火星氣動加熱與輻射加熱耦合作用下的燒蝕機理,確定了防熱結構形式及厚度。
  • 堅持不懈,實現火星大氣進入熱環境的真實模擬。由于火星大氣特殊的氣體組份,NASA作為世界上領先的宇航機構,至今也無法實現在電弧風洞中對火星大氣環境的真實模擬。十一院堅持不懈,最終在電弧風洞中實現了95% CO2以上的真實火星進入熱環境復現,具備了目前世界上最廣的火星熱環境模擬和防熱考核試驗能力。
  • 迎難而上,挑戰電弧加熱器CO2介質的穩定運行。在地面熱防護試驗中,將工作介質由空氣改為CO2,可能會對電弧加熱器產生毀滅性的損壞,稍有不慎便是百萬量級的損失。十一院迎難而上,終于解決了CO2介質下電弧加熱器穩定運行的難題,具備了世界上最成熟的高濃度CO2電弧加熱運行技術。
  • 集智攻關,解決CO2高溫流場參數精確測量難題。多年來,如何在CO2高溫流場中得到精確的流場參數,一直是氣動熱領域的難題。為了支撐“天問一號”探測器防熱結構的精確設計和減重任務,十一院集智攻關,成功解決了CO2介質的參數測量和診斷技術難題,并建立了基于發射和吸收光譜的火星電弧風洞流場測量方法。

偉大的事業始于夢想,基于創新,成于實干。在實現了多項技術突破后,十一院建立了完整的火星大氣環境真實模擬的理論體系和試驗方法。

天行健,天問路上的氣動人自強不息,勇攀氣動高峰,守護型號遠行。十一院將始終保持建設航天強國的初心,踐行氣動先行的歷史使命,為實現航天強國的宏偉目標而不懈前行。

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