天問一號其實帶了兩頂降落傘

幾天前，天問一號探測器成功着陸火星。火星着陸要解決的一個關鍵問題是減速。速度怎麼減下來？除了靠大氣摩擦和發動機反推，另外方式就是使用降落傘了。

“降落傘是目前最經濟、最高效的減速方法，國內外所有的火星着陸任務均採用了降落傘進行減速。”航天科技集團五院508所總工程師黃偉説。

中國航天報記者專訪了黃偉，請他解答火星降落傘背後的黑科技。

天問一號攜帶了幾頂降落傘？

答案是兩頂。

天問一號採用一頂主降落傘，降落傘是鋸齒形盤縫帶傘，顏色為紅白色，展開面積達到了200平方米。傘的頂部是盤，接着有一圈縫，下面是帶，帶的尾部做成了鋸齒形，有利於承力和確保穩定性。降落傘打開後，靠48根傘繩牽引。

還有一頂小的降落傘——筒蓋減速傘。“降落傘衝破筒蓋（傘艙蓋）彈出後，為了防止筒蓋跌落砸到主降落傘，特意給筒蓋配了一頂小傘，主要目的是給筒蓋減速。”黃偉説。筒蓋減速傘比主傘小很多，展開面積只有0.6平方米。

整個降落傘（含筒蓋減速傘）的重量不到40kg，包裝體積不到60升。

降落傘裝在天問一號什麼部位？

真正降落火星的是天問一號探測器的着陸巡視器，着陸巡視器裝在進入艙裏，在進入艙背罩穹頂的正下方，有一個60升大小的彈傘筒，降落傘就裝在彈傘筒內。

彈傘筒大有學問。它是我國目前航天器使用的最大火工裝置之一，要一次性將降落傘以足夠的分離速度彈射出去，同時不能有太大的後坐力破壞着陸巡視器的結構。

彈傘筒

傘艙蓋用於對降落傘進行密封和熱防護，要有足夠的連接強度，同時又不能太強，因為要保證能夠順利被傘包頂開。

天問一號的降落傘是如何工作的？

天問一號着陸巡視器進入火星大氣後，先在自身的氣動外形下減速，當下降速度達到約2倍聲速，距離火星表面約11公里時，要打開降落傘，以進一步減速到約95米/秒。

着陸巡視器發出彈傘指令，彈傘筒內的火藥點燃，火藥產生高壓燃氣，推動桶內的活塞運動，活塞向外推降落傘的傘包，衝開尾部的傘艙蓋飛出彈傘筒。隨着傘包與着陸巡視器的分離，降落傘從傘包中以倒拉的方式逐步受控拉直，並充氣張滿。

另一邊，彈傘筒內的活塞運動到一定程度後，會被專門設計的捕獲包“抓捕”，防止它和傘包前後腳飛出彈傘筒，進而撞擊到主傘包。筒蓋被傘包衝擊分離後，會拉出一定艙蓋傘，以確保筒蓋和主降落傘保持足夠的安全距離，防止碰撞。

在距離火星約1.2公里的高度，降落傘和背罩一同與着陸巡視器分離，降落傘的使命就結束了。

火星環境對降落傘有什麼特殊要求？

火星降落傘的開傘條件比較特殊，主要體現在超聲速、低密度、低動壓開傘。

超聲速條件下，前體產生的尾流對降落傘的穩定充氣產生較大的干擾，降落傘的充氣形狀不穩定會出現較為嚴重的“呼吸”和“喘振”現象；火星大氣密度低，降落傘需要更大的面積，從而增加了重量和體積，另外在低密度情況下，降落傘的穩定性會降低，擺動角變大；低動壓條件下，降落傘的氣動阻力降低，導致從“呼吸”“擺動”等狀態恢復到較穩定的狀態變得相對困難。

綜合來説，火星降落傘是超聲速傘，這是我國在新飛船試驗船任務後，第二次實戰超音速開傘，還要適應低密度低動壓條件下穩定性干擾顯著的問題。這需要達到阻力性能和穩定性能較好的平衡，以及開傘載荷和強度設計較好的優化。

地面進行模擬驗證試驗

與神舟飛船的降落傘比有何不同？

針對火星環境的不同，以往航天器的降落傘傘型（主要有環帆傘、帶條傘等）不適合火星探測器使用，它們或者不能滿足超聲速開傘的需求，或者不能滿足低密度低動壓下的穩定性需求，因此火星着陸選用了盤縫帶傘的傘型。

團隊對盤縫帶傘的設計參數進行了優化，首次使用了一些新研的特紡材料。在傘繩連接等環節，首次使用了插接工藝，與之前使用的縫紉工藝比，更能提升傘繩的強度，我國未來的航天降落傘將推廣這種插接工藝。

如何在地球做火星着陸模擬試驗？

火星降落傘真正在火星上使用前，需要先在地球上進行功能、性能、設計裕度等的驗證。火星探測任務的特殊性為降落傘減速系統的研製與驗證帶來了巨大的挑戰，這從歐空局近年來在火星降落傘高空試驗驗證時連續失敗可見一斑。

在地球上，最接近火星真實開傘條件的試驗模擬方法，就是高空開傘試驗，即在地球表面45km左右的高度創造一個超聲速開傘條件。團隊採用了探空火箭的方式，將降落傘送到高空，進行了高空開傘試驗驗證。

文/中國航天報記者 趙聰 圖、視頻/航天科技集團五院508所