2021年5月15日

我国首次火星探测任务天问一号探测器

在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆

还记得那个激动人心的时刻吗？

其实天问一号落火过程中

有一个步步惊心的“恐怖9分钟”

全靠一个“神器”保护

祝融号火星车才能安然着陆

这个“神器”长什么样？

它有哪些独特的本领？

航天科技集团五院508所总工程师

回收着陆领域专家黄伟

近日接受深圳特区报记者专访

为我们详解其中奥秘

“如果能够顺利打开降落伞，火星着陆就成功了90%。”国家航天局探月与航天工程中心深空探测总体部部长耿言曾这样说。

正是因为有了降落伞的保护，祝融号火星车得以平安度过着陆过程中步步惊心的“恐怖9分钟”，闲庭信步于乌托邦平原。|

“天问一号的降落伞我们叫锯齿形盘缝带伞，它对中国航天来讲是一个全新的伞。”

空投试验中的火星降落伞

黄伟介绍，着陆火星，我国要首次在超声速、低密度、低动压的条件下开伞，以往航天器的降落伞不适合在火星使用，要么是不能在超声速下完成对降落伞的稳定充气，要么是不能满足低密度低动压条件下的稳定性需求。

中间为航天科技集团五院508所总工程师、回收着陆领域专家黄伟

伞型的选择是研制过程的起点，设计师们从缩比小伞着手设计了覆盖环帆伞、平面圆形伞、十字伞、锥形带条伞和盘缝带伞等多种伞型。车间加工完成后进行高塔投放试验和风洞试验，经过反复地比较和分析论证，“充分借鉴我国探空火箭回收时开展过的盘缝带伞设计，包括借鉴国外的火星探测器降落伞，最终选择盘缝带伞这一伞型。”他说。

在借鉴的基础上，研究团队在常规伞型基础上进行了结构改进，关键技术上进行了创新，使降落伞载荷分布更加合理。最终使用的红白相间、颜色亮丽的锯齿形盘缝带伞，每一处细节都精心设计，体现着“中国智慧”。

“它主要由三个部分构成，上部展开来看是一个圆盘。在圆盘的下面其实是一个缝，是空的，这样在降落伞充气的时候，有些气流就可以从缝中通过，把伞衣包裹在气流中，有利于伞的稳定。在缝下面是一个相对比较窄的带条，我们把带条的尾部做成了三角幅的形式，类似于锯齿，有利于承力和确保稳定性。这样就组成了锯齿形盘缝带伞。”

“这次降落伞的任务指标是把‘天问一号’从两马赫的超音速减速到95米/秒。”黄伟透露，作为最重要的减速装置之一，“天问一号”降落伞使命艰巨。

面对恶劣的火星环境，“天问一号”降落伞在材料选择和加工环节均进行了改进。

“伞衣主体我们还是选择用锦丝绸，它的特点是重量轻、强度大。神舟飞船、嫦娥五号降落伞都是使用这种材料。但火星降落伞面积较大，而且是一次性充气开伞，载荷较大。为保证降落伞的强度性能，我们在局部加强环节用了新的芳纶III材料。”黄伟说。

空投试验收伞

据悉，被工程界誉为“纤维之王”的新材料，是国内企业历时10余年研发的，具有超高强/高模、高韧性、耐高低温、优异电绝缘性、耐辐照、抗腐蚀、耐疲劳、高阻燃性等特点。

黄伟介绍说，连接环节是非常关键的结构部位，虽然火星大气密度底，但对降落伞强度要求高，同时对降落伞重量约束又较大，为此团队对降落伞伞绳的连接方式进行了创新。

“伞绳连接我们不再通过缝纫穿针引线，而是直接把材料本体插接在一起，这样就提高了连接的强度。因为缝纫连接部位的强度肯定会比伞绳本体的强度要低。我们这次采用插接的形式，大量的静载试验、动载试验和风洞试验也证明，连接部位的强度和本体的强度基本上一致，几乎没有损耗。降落伞伞绳的插接工艺是这次火星降落伞的亮点，也是一个创新点。”

热气球动压开伞试验

“天问一号”降落伞长34米，展开面积200平方米，体积60升，重达40公斤。这个“大块头”工作时需要靠航天火工装置把伞包弹射出去，然后直接拉直，一次性充气张开。为了适应本次任务，研制团队还给伞包匹配了国内最大的航天器火工装置——弹伞筒。

火星弹伞筒体积约60升，比车载单门冰箱高一些，它看起来不很起眼，就像是个普通的铝合金桶，但其中门道很多，开伞工作全靠它。

“开伞过程很巧妙。‘天问一号’距离火星表面约11公里时，着陆巡视器发出弹伞指令，弹伞筒内的火药点燃，火药产生高压燃气，推动筒内的活塞以每秒35米的速度向外推降落伞的伞包，冲开尾部的伞舱盖飞出弹伞筒。随着伞包与着陆巡视器的分离，降落伞从伞包中以倒拉的方式逐步受控拉直，并充气张满。”

黄伟介绍说，“降落伞冲破筒盖（伞舱盖）弹出后，为了防止筒盖跌落砸到主降落伞，特意给筒盖配了一顶小伞，主要目的是给筒盖减速。”黄伟说。筒盖减速伞比主伞小很多，展开面积只有0.6平方米。

把降落伞装进“冰箱”也是个技术含量很高的活计——包伞。黄伟介绍，包伞流程有几十道工序，每一步都有工艺要求，每个关键工序都要留有影像。每一步过程都影响着伞怎样装进“冰箱”。 “我们用了大约3天才完成包伞，最多时20多人同时工作，最终把伞装进弹伞筒。”

“在飞控中心等待落火的时候我还是挺紧张的，我还跟同事说，这是我工作以来，执行任务时第二次心情这么紧张（第一次是刚工作时参加返回式卫星的飞控）。火星距离地球太远了，通讯会近20分钟的延迟。看着屏幕，到开伞时间了，知道结果已经发生，但又不知道结果究竟是怎样，那种紧张焦虑的心情真是煎熬。只能焦急地等待遥测数据的回传。随着数据包的回传，心情也起起落落。”回想当时情景，黄伟欣慰地笑了。

圆满完成任务的降落伞、弹伞筒、背罩等都将长留在火星上。黄伟介绍说，这次“天问一号”成功落火，充分验证了火星降落伞的可靠性，我国未来的深空探测项目，如火星取样返回以及未来的行星探测，可以应用这次火星降落伞的技术。同时，为火星降落伞研发的新材料、新工艺、新结构技术，也将推广应用在其他各种用途的降落伞上。

“任何深空探测任务，都必须保证万无一失，每次我们都如履薄冰，尽百分百的努力，保证足够的可靠性和安全性。” 从神舟到嫦娥，黄伟执行了多次航天任务，“最难忘的还是第一次负责实施神舟五号返回舱着陆冲击试验。”黄伟说。

“当时神舟五号返回舱8月底就要确定最终的技术状态，7月我们还在做一些补充性试验，时间上特别紧张，为保证载人飞船百分百安全，必须进行充分验证。炎炎夏日，所有人都挥汗如雨、毫无怨言地奋战在工作一线，这让刚参加工作不久的我觉得加入这个集体特别光荣！”

团队与火星降落伞合影

如今，中国航天人自主创新、攻克难关，成为了继美国、俄罗斯后第三个独立自主掌握航天器返回技术的国家。对此，黄伟深有感触地说，关键技术还得靠自己，不能被“卡脖子”。

“在航天领域，还要自己掌握核心关键技术，独立自主发展我国航天事业。老一辈航天人在一无所有的条件下开创了中国的航天事业，我们这一代更要传承老一辈航天人的精神，为建设航天强国作出自己的贡献。”

（原标题《落火“神器”如何打造？听508所总工程师黄伟讲述降落伞的故事》）