奔向火星：中國超音速降落傘試驗成功 美已多次失敗

中國的超音速降落傘

近日報道，我國五院508所成功完成了超音速降落傘的風洞試驗。超音速降落傘技術的預研，將為我國未來火星探測任務奠定堅實基礎。

超音速降落傘的需求

我們對降落傘早已司空見慣，不過可能很少有人留意到，目前所有的降落傘都是亞音速下工作的。航空兵空投物資和傘兵跳傘的降落傘如此，太空飛船從軌道返回時同樣是靠大氣阻力減速到亞音速時才打開降落傘。

神舟六號飛船和降落傘，它的降落傘只能亞音速打開並減速

亞音速降落傘並非簡單的技術，即使是大名鼎鼎的太空探索技術公司，獵鷹火箭早期回收時使用的降落傘技術仍然是外購的，超音速降落傘要面對巨大的拉力，開傘和工作是未知的領域，具有極大的技術挑戰性。儘管如此，美國航空航天局仍然不斷進行超音速降落傘的研究，這項技術在未來的火星探測和載人火星任務中都大有用武之地。

火星探測的難關：不厚不薄的大氣層。圖為反推減速中的龍式飛船

火星是一顆讓工程師們感到十分棘手的星球，它質量大環繞速度高，又擁有大氣層，這對著陸器提出了很高的要求。相對於月球這種表面幾乎真空的環境，火星大氣層太稠密，著陸器進入時仍會摩擦產生高溫，需要設計專門的防熱盾；相對於地球或是土衛六這種擁有稠密大氣層的星球，火星大氣又太稀薄，單靠降落傘減速十分勉強，尤其是對於高海拔地區或是大質量的著陸器更是如此，超音速降落傘正是一個解決之道。既然亞音速降落傘減速慢，會導致還沒有充分減速就直接撞擊火星的災難，那麼在超音速時開傘，不就通過延長工作時間解決了減速不足的問題麼？

美國現有的「好奇號」火星車質量900千克，加上「空中吊車」後的重量就更大了，基本達到了亞音速減速傘的極限。2015年噴氣推進實驗室測試的低密度超音速減速器質量達到了約3噸，根據理論推算，超音速降落傘最高可以支持10噸載荷的火星著陸，這項技術將極大的提高美國的火星探測能力。

超音速降落傘的試驗

2014年的LDSD試驗，超音速下降落傘一開就被撕碎

超音速降落傘技術難度很大，美國航空航天局啟動了低密度超音速減速器（LDSD）項目，計劃進行4次實際超音速飛行試驗。2014年6月和2015年6月，低密度超音速減速器先後進行了兩次超音速試驗，不過遺憾的是，這兩次都以失敗告終。2014年的第一次試驗中降落傘一打開立刻被撕碎，而2015年的第二次試驗結果稍好一些，但也不過是接近完全打開時被撕碎。儘管如此，我們很難以簡單的失敗來評論這兩次試驗，美國噴氣推進實驗室研製的33.5米直徑的超音速降落傘不僅是人類有史以來最大的降落傘，而且在實際超音速飛行試驗獲取了寶貴和重要的測試數據，為突破超音速降落傘技術奠定了基石。這兩次試驗還分別測試了超音速盤帆降落傘和超音速環帆降落傘，如果他們能實現2倍音速開傘並持續工作減速的目標，這將大大提高美國的火星著陸探測能力。

據官方報道，不久前中國航天科技集團五院508所圓滿完成了降落傘的超音速風洞試驗，通過這次試驗技術人員獲得了豐富和寶貴的降落傘超音速啟動參數，加深了對超音速降落傘工作特徵的認識，並最終確定了超音速降落傘的改進方案。毫無疑問，雖然我國尚未正式啟動火星探測項目，但中國航天人未雨綢繆早已開始了一系列預研。

中國的火星任務

我國正在爭取2020年發射第一顆火星探測器，它包括軌道器、著陸器和巡視器

美國積極開展火星探測，中國同樣展開了預研工作。過去幾年裡，中國航天科技集團五院和八院都進行了火星探測器的一系列研究，航天科技集團也在積極爭取火星探測項目的立項。按照現有規劃，中國將在2020年左右使用長征五號火箭發射一個重量級的火星探測器，它集火星全球勘測軌道器、火星著陸器和火星巡視器於一身，首次任務就進行環繞和著陸探測。目前公開論文顯示規劃中的火星著陸器質量約300千克，使用傳統亞音速降落傘也是一個穩妥的選擇，2015年10月航天報報道五院508所順利完成了首批火星降落傘的告他投放實驗，揭開了降落傘減速分系統研製的序幕。

我國火星取樣返回任務中最小的進入部分也有1.9噸，長九發射的更重，需要超音速降落傘技術

美國已經進行了多次火星著陸探測，歐空局和俄空局聯合的地外火星任務也將進行著陸巡視探測，我國火星探測如果只是追求實現工程目標，首次火星探測任務也落在印度之後。如果未來火星任務追求更高的科學價值比如降落在海拔較高的地區，那麼就可能需要使用超音速降落傘了，中國航天科技集團還計劃進行火星取樣返回任務，巨大沉重的著陸器要在火星軟著陸成功，超音速降落傘就更是必不可少的關鍵技術了。

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