Kinas Tianwen-1 Mars-sond landade framgångsrikt på Utopia-slätten klockan 07:18 Beijing-tid, den 15 maj 2021. Framgångsfrekvensen för Mars-uppdrag är cirka 50 %, och de flesta misslyckanden inträffar under inresa, nedstigning och landning (EDL) ) fas. Fallskärmar av lågdensitet överljud spelar en viktig roll i Mars EDL och avgör direkt framgången för hela uppdraget. I en forskningsartikel som nyligen publicerades i Space:Science &Technology , Mingxing Huang från Beijing Institute of Space Mechanics and Electricity utförde designen, utvecklingen och kvalificeringen av Tianwen-1 Mars fallskärm, som kan ge en referens för skapandet av framtida Mars prospekteringsfallskärmar.

Författaren fokuserade först på analys och urval av Mars fallskärmstyper. Jämfört med fallskärmarna som fungerar på jorden möter fallskärmarna på Mars-landaren fler problem. Å ena sidan kännetecknas den öppna flygningen av Mars fallskärm av överljudshastighet, låg densitet och lågt dynamiskt tryck. Å andra sidan kan atmosfäriska aktiviteter, såsom vortexaktivitet på mars och dammstormar, leda till svåra fallskärmsöppningsförhållanden. Därför bör svårigheter att öppna fallskärmen, instabil uppblåsning och minskad luftmotståndskoefficient beaktas vid utformningen av fallskärm.

Alla utländska landare som framgångsrikt uppnådde mjuklandning på Mars har använt fallskärmen DGB (Disk-Gap-Band), som har bra stabilitet och utmärkt uppblåsningsprestanda i överljuds- och arbetsmiljö med låg densitet. På grund av dess demonstrerade prestanda på hög höjd och lägre teknisk risk, väljs DGB-fallskärmen med förbättrade designmodifieringar som kandidat för Tianwen-1 Mars-sonden. Beroende på förhållandet mellan bandytan och hela kapellet kan DGB-fallskärmarna delas in i typen Viking och typen MPF ​​(Mars Pathfinder).

DGB-fallskärmen av Vikingtyp har en hög dragkoefficient och svag stabilitet, medan MPF ​​och dess förbättrade DGB-fallskärm har en mindre dragkoefficient men bättre stabilitet. Dessutom antogs två idéer för att optimera och förbättra den befintliga DGB-fallskärmsstrukturen. En är att öka luftmotståndskoefficienten. Skivdelen modifieras alltså till en struktur med en högre dragkoefficient. Den andra är att förstora bandets yta för att öka fallskärmens stabilitet, som att lägga till ett avsmalnande band på kapellets kjol. Således valdes fem DGB fallskärmsstrukturer, inklusive MPF, Viking, hemisflo, trikonisk och avsmalnande struktur, ut som kandidater.

Efteråt, för att optimera strukturen för Mars-fallskärmen, utfördes de subsoniska, transoniska och överljudstesterna i vindtunneln för de fem DGB-fallskärmarna för att erhålla deras motståndskoefficienter och svängningsvinklar. Kombinerat med vindtunneltestresultaten vid olika Mach-tal för att välja en fallskärm med bättre retardations- och stabilitetsprestanda, var den avsmalnande DGB-fallskärmen den bästa retardationsfallskärmen för Tianwen-1.

Slutligen, för att demonstrera förmågan hos fullskaliga avsmalnande DGB-fallskärmar under flygförhållanden på Mars, utfördes fyra flygtester på hög höjd med sondraketer i april 2018. Under flygningen brann den första etappen ut på höjder av cirka 17 km~20 km. , respektive nyttolastavsnittet nådde apogee mellan 49 km och 64 km. När nyttolasten fick målets dynamiska tryck och Mach-nummer, sattes fallskärmen ut med mortel.

Fallskärmens utplacering, uppblåsning och överljuds- och subljudsaerodynamik analyserades av en uppsättning instrument, inklusive ett höghastighetsvideosystem som tränats på fallskärmen, en uppsättning belastningsstift i gränssnittet mellan fallskärmstränsen och nyttolasten, och en GPS och tröghetsmätningsenhet (IMU) ombord på nyttolasten. Efter inbromsning till subsonisk hastighet sjönk fallskärmen och nyttolasten till testområdet för återhämtning. Alla tester inriktade sig på ett specifikt dynamiskt tryck vid fallskärmsplacering för att nå en önskad belastning på fallskärmen vid full uppblåsning.

Fallskärmarna var morteleld utplacerade vid dynamiska tryck från 100Pa till 950Pa och Mach-tal mellan 2,05 och 2,35. Som jämförelse måste Tianwen-1:s fallskärm kunna öppnas på ett tillförlitligt sätt inom området Ma1.6~Ma2.3 och dynamiskt tryckområde på 250Pa~850Pa. Under öppningstestet på hög höjd som utfördes på jorden och de faktiska arbetsförhållandena på Mars, är Reynolds-talen båda i storleksordningen 2×10 ⁶ . Testresultaten indikerar att luftmotståndskoefficienten för den avsmalnande DGB-fallskärmen varierade från 0,39 till 0,70 med Mach-talet ökat från Ma 0,2-Ma 2,4 och nådde maxvärdet på 0,7 vid Ma 1,5; den maximala AOA efter fallskärmsplacering är cirka 20°, vilket alla har visat att prestandan hos den avsmalnande DGB-fallskärmen kunde uppfylla retardationskraven för Tianwen-1 Mars-sonden.