航天器的降落方式可以多炫酷?

作者 / 卢西

想象一下应用“量子技术“的航天器降落,嗯,想象不到。

霍尔推进器是电推,对于降落来说,就还是反推减速,理论上可行的啊!

关于离子推进器(其中包括霍尔推进器)的原理以前写过一篇文章。

卢西:从科幻走进现实的发动机——离子推进器

有的天体没有大气,所以降落伞肯定就不好使了,比如月球,除了反推还能咋的,用脸直接拍地上?

这里就可以试试用电推?然而电推发动机达到像化学火箭一样的可以实现降落的推力,需要非常大的供电功率。对于火星探测器这样尺寸的航天器,得背个正常尺寸的核电站,这在小小的航天器上是不可能的。

而对于有大气的天体,比如火星就有更多的减速选项了,首先航天器可以在火星飞在椭圆轨道,近地点会有一些稀薄大气,每绕一圈就蹭一下,一点点减速。

当速度降到一定程度就可以一猛子扎大气里去了。这时候航天器的速度还是非常快,超高音速,空气阻力可以撕碎航天器,而且产生局部极高温度可以熔毁它。

所以航天器得有这么个大锅盖给它一个合理的气动外形,还隔热,让金贵的探测器别烧坏了。

下图一个意思,虽然不是好奇号。

在速度降低很多后,本题主角——降落伞终于登场了。

虽说都叫降落伞,长得也没有多精彩,但是这玩意跟普通跳伞旅游的降落伞完全不是一个东西。好奇号的降落伞是在超音速状态打开的。轻量化,高可靠性,高性能。

为了测这种降落伞,NASA 可是下了不少功夫,为了模拟火星稀薄大气减速效果还开发了一个两级小火箭。

好奇号它弟毅力号 2020 年 7 月发射,它的 NASA 的 JPL 已经验证了它的超音速降落伞。

航天器在通过降落伞进一步减速以后,还是不能够直接落在地上。有的航天器就通过缓冲气球摔在地上,但是这样还是对航天器上超级精密的探测仪器有冲击。

所以还有和登月差不多,用火箭反推的最终降落方式,这样可以避免航天器在降落过程中收到撞击,保护精密设备。

但是火箭反推扬起来的沙尘很要命,会遮挡航天器上精密的光学仪器,各种实验室花了巨量钱开发,又打到火星上的光谱仪,结果一把沙子就给挡住了,这不悲剧吗?也不能派个人上去擦擦。

所以就有了一种更加酷炫的降落方式。天空起重机!好奇号和毅力号都是这种降落方式。

在降落伞结束使命后,一个叫做“天空起重机”的火箭动力飞行平台开始点火反推、减速,在接近地面后用钢缆把航天器放下去,就像起重机一样。

在火星车成功平稳降落后,钢索被释放,天空起重机寿终正寝,就飞跑了。这样既避免了撞地冲击,又避免了沙尘使得光学仪器失效。就是有点重,而且好贵啊!

还有一个项目也用了火箭反推降落,就是马斯克的火星殖民大火箭 Starship,星舰。

毕竟运载火箭反推降落,SpaceX 还是有相当丰富的成功经验的嘛。而且这火箭到了火星,还得回来,好像也不方便用别的降落方式。

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