为什么 NASA 试图在火星上坠毁 - NASA Mars Exploration

为什么 NASA 试图在火星上坠毁 – NASA Mars Exploration


就像汽车的碰撞区一样,实验性 SHIELD 着陆器旨在吸收剧烈冲击。


美国宇航局已经九次成功登陆火星,依靠尖端的降落伞、巨大的安全气囊和喷气背包将航天器安全地置于火星表面。 现在工程师们正在测试到达火星表面的最简单方法是否是坠毁。

一种名为 SHIELD(简化的高冲击能量着陆装置)的实验着陆器设计不会减慢航天器的高速下降速度,而是使用一个类似手风琴的可折叠底座,其作用类似于汽车的折叠区并吸收强烈冲击的能量.

LOFTID 第六十二届科学:隔热罩: 为了在航天器着陆时快速安全地减速,我们从一个意想不到的来源获得了一些帮助:地球的大气层! 为了利用行星周围的空气对我们有利,我们使用具有防空气设计的隔热罩。 学分:美国国家航空航天局

新设计可以通过简化令人痛苦的进入、下降和着陆过程,并扩大可能的着陆点的选择,从而大大降低登陆火星的成本。

“我们认为我们可以去更危险的地区,我们不想冒险尝试用我们目前的着陆系统放置十亿美元的漫游车,”SHIELD 的项目经理、美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室的 Lou Giersch 说。 “也许我们甚至可以在不同的难以访问的位置登陆其中的几个以建立一个网络。”

车祸,火星登陆

SHIELD 的大部分设计都借鉴了为 NASA 的火星样本返回活动所做的工作。 该活动的第一步是毅力号火星车在密封的金属管中收集岩石样本; 未来的宇宙飞船将把这些样本装在一个小太空舱里带回地球,然后安全地坠毁在一个荒凉的地方。

这个 SHIELD 原型基地 - 一种可折叠的火星着陆器,可以使航天器故意在红色星球上坠毁,吸收撞击 - 于 8 月 12 日在 JPL 的落塔中进行了测试,以复制它在登陆火星时会遇到的撞击.

SHIELD 原型附加到下降塔: 这个 SHIELD 原型基地 – 一种可折叠的火星着陆器,可以使航天器故意在红色星球上坠毁,吸收撞击 – 于 8 月 12 日在 JPL 的落塔中进行了测试,以复制它在登陆火星时会遇到的撞击. 学分:NASA/JPL-Caltech。 下载图片 ›

JPL 的 SHIELD 团队成员 Velibor Ćormarković 说,研究该过程的方法让工程师们怀疑这个总体想法是否可逆。

“如果你想在地球上降落一些坚硬的东西,为什么不能反过来为火星呢?” 他说。 “如果我们能在火星上硬着陆,我们知道神盾局可以在大气层更密集的行星或卫星上工作。”

为了测试该理论,工程师需要证明 SHIELD 可以在着陆期间保护敏感电子设备。 该团队在 JPL 使用落塔来测试 Perseverance 的样品管在硬地着陆时如何支撑。 它高近 90 英尺(27 米),有一个巨大的吊索——称为弓形发射系统——可以以与火星着陆时相同的速度将物体抛入表面。

JPL 的这个落塔包括一个弓形发射系统,它可以以 110 英里/小时的速度将测试物品抛入地面,重新创造他们在火星着陆期间所经历的力量。
JPL 的弓发射塔: JPL 的这个落塔包括一个弓形发射系统,它可以以 110 英里/小时的速度将测试物品抛入地面,重新创造他们在火星着陆期间所经历的力量。 学分:NASA/JPL-Caltech。 下载图片 ›

Ćormarković 之前曾在汽车行业工作,测试带有碰撞假人的汽车。 在其中一些测试中,汽车骑在加速到高速并撞到墙壁或可变形障碍物的雪橇上。 有多种方法可以加速雪橇,包括使用类似于弓形发射系统的吊索。

“我们为 SHIELD 所做的测试有点像雪橇测试的垂直版本,”Ćormarkovic 说。 “但不是一堵墙,而是突然停止是由于对地面的影响。”

粉碎成功

8 月 12 日,团队带着 SHIELD 的可折叠衰减器的全尺寸原型聚集在落塔处——一个可吸收冲击的倒金字塔形金属环。 他们将衰减器挂在抓钩上,并插入智能手机、收音机和加速度计,以模拟航天器将携带的电子设备。

炎炎夏日,他们满头大汗,看着神盾局缓缓升上塔顶。

“听到倒计时让我起鸡皮疙瘩,”JPL 的另一位 SHIELD 项目成员 Nathan Barba 说。 “整个团队都很高兴看到原型中的物体是否能在撞击中幸存下来。”

仅仅两秒钟,等待就结束了:弓形发射器以大约每小时 110 英里(每小时 177 公里)的速度将 SHIELD 撞击到地面。 这是火星着陆器在进入火星大气层时的初始速度为每小时 14,500 英里(每小时 23,335 公里)被大气阻力减慢后到达表面附近的速度。

之前的 SHIELD 测试使用泥土“着陆区”,但在这次测试中,该团队在地面上放置了一块 2 英寸(5 厘米)厚的钢板,以创造比航天器在火星上所经历的更难着陆的情况。 机载加速度计后来显示 SHIELD 受到了大约 100 万牛顿的力——相当于 112 吨撞击它。

测试的高速摄像机镜头显示 SHIELD 以很小的角度撞击,然后在翻转之前弹到空中约 3.5 英尺(1 米)。 该团队怀疑是钢板引起了弹跳,因为在早期的测试中没有发生弹跳。

在打开原型并取回模拟的电子有效载荷后,团队发现机载设备——甚至是智能手机——都幸免于难。

“唯一损坏的硬件是一些我们并不担心的塑料部件,”Giersch 说。 “总的来说,这次测试是成功的!”

下一步? 在 2023 年设计着陆器的其余部分,看看他们的概念能走多远。

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