祝賀嫦娥五號順利返回著陸!用了超高难度的水漂弹道方式返回!

提醒一下,这次嫦娥五号的以第二宇宙速度開始的水漂降落,其实也代表着军事上的可变轨水漂弹道导弹技术
祝賀嫦娥五號順利返回著陸!用了超高难度的水漂弹道方式返回!


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凌晨1时33分,嫦娥五号返回器在距地面高度约120公里处,以接近第二宇宙速度(约为11.2千米/秒)高速进入地球大气层,实施初次气动减速。下降至预定高度后,返回器向上跃出大气层,到达最高点后开始滑行下降。之后,返回器再次进入大气层,实施二次气动减速。在降至距地面约10公里高度时,返回器打开降落伞完成最后减速并保持姿态稳定,随后在预定区域平稳着陆。负责搜索回收任务的测控与回收系统技术人员及时发现目标,有序开展回收工作。

祝賀嫦娥五號順利返回著陸!用了超高难度的水漂弹道方式返回!
祝賀嫦娥五號順利返回著陸!用了超高难度的水漂弹道方式返回!
祝賀嫦娥五號順利返回著陸!用了超高难度的水漂弹道方式返回!
祝賀嫦娥五號順利返回著陸!用了超高难度的水漂弹道方式返回!
祝賀嫦娥五號順利返回著陸!用了超高难度的水漂弹道方式返回!

嫦娥五号返回这个太空“水漂”有多牛?

历时23天的嫦娥五号采样返回任务即将落下帷幕,最后终章也是最值得看的大戏,采集到的样本再入返回地球。这是人类时隔44年后,又一次获得月球样本。这个返回并不容易。

为什么必须打水漂?

先从速度说,航天器往地球外跑,一般三级跳(离开地球表面时相对速度):第一跳,突破7.9千米/秒的第一宇宙速度,能围绕地球运动;第二跳,突破11.2千米/秒的第二宇宙速度,能永远离开地球;第三跳,突破16.7千米/秒的第三宇宙速度,能永远离开太阳系。根据动能方程,能量与航天器质量和所需速度平方成正比(系数1/2),还要考虑到空气阻力、运输它的火箭质量和速度,综合下来突破每一跳都是巨大的障碍。嫦娥五号去月球,就一定需要逃离地球引力、被月球捕获,考虑到变轨和余量需求,要达到第二宇宙速度。代价极大:嫦娥五号才8.2吨重,要消耗掉一个870吨重的长征五号火箭。

回来时候,航天器自身制动能力在地球引力面前就是弱鸡,地球强大引力会让返回的嫦娥五号轨道器/返回器再次达到接近第二宇宙速度的样子。这就麻烦了,因为空气阻力跟动能方程类似,也跟速度平方成正比,这么快的速度,会产生远超神舟飞船(第一宇宙速度级别)的冲击。一方面,摩擦产生大量热量;另一方面,巨大且持续积累的冲击负荷可能导致结构出问题,材料受不了。举个例子,高速上110码限速大约是30米/秒而已,嫦娥五是11000+米/秒。高速上这么快的速度你敢开窗?敢的话,再给你来个300多倍加成,受得了么?

答案是,受不了,所以得想办法。有效解决途径就是打水漂,道理看起来简单:石子在水上漂的过程中,瞬间接触水面产生足够大“浮力”(冲击力)让它脱离水面,“缓一缓”再落下来,来回几次,最终落到水底。

嫦娥五,当然要比这复杂太多了。因为空气密度各处不同、冲进大气的角度和姿态极难控制、每次冲进大气都要保证不要过返回舱忍耐极限、“打水漂”的次数和间隔要精准计算、一定要准确落回内蒙古四子王旗。传递下来,显然是极度了不起的事情。

嫦娥五大概会从非洲附近阿拉伯海那里冲进地球大气,打两次大的“水漂”,成为“人造流星”,在西藏上空一跃而起,最终再通过气动、降落伞减速和地面搜寻等,返回航天人手中。

嫦娥五是中国航天史上最复杂的一次任务,每一步都“步步惊心”,但实际上也完成的“步步为营”,显然这是有无数聪明人夜以继日工作在背后支撑,他们值得点赞!
“打水漂”的每一步都需要精确控制姿态和角度,速度也要做精确计算。要不然可能会出现两种恶果:一是航天器漂走回不来了,二是航天器以超过自身忍受极限的速度进入大气层而烧毁。嫦娥五号这样的返回方式是高难度挑战,为中国航天人的聪明智慧点赞
不良人 wrote:
“打水漂”的每一步都(恕刪)


又換帳號了⋯⋯
自由風0704 wrote:
又換帳號了⋯⋯(恕刪)


没有换,只是改了名字而已
不良人 wrote:
没有换,只是改了名字...(恕刪)

喔~ˇ龜龜早安!
剛剛知道了原來中共國生產的鋼鐵礦質量差 被澳洲好品質的一賣貴就受不了 這下才知道原來中共國的好鋼好鐵都是靠進口

又去看了生產飛彈 船艦 飛機 發動機等需要的鋼鐵原料 需要的質量跟強度是很高的

搞半天中共國最愛說嘴的一輪遠火齊射 沒什麼事情是遠火解決不了的論調 根本是只要人家不出口給你中共國你就不用玩了 一輪齊射後 射完就完了 沒了! 還固態燃料哩! (我還被唬得一楞一楞的)

我一直以為中共國的軍事資源單位 數值是無限的XD!

中共國一天到晚吹逼嗆逼 結果實際都是靠人家 不然就偷人家 搞什麼東西...

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为什么中国的钢材产量世界第一,特种钢材仍依赖进口?

想问一下,中国的军用钢材现在已经能自主生产了吗
不良人 wrote:
提醒一下,这次嫦娥五(恕刪)


又在吹牛皮 這種美國蘇聯60年代的骨董技術也能吹
IDF302 wrote:
又在吹牛皮 這種美國(恕刪)


教主,你知道这个打水漂技术有多难吗?



在太空“打个水漂”再回来

很多人都试过“打水漂”,找一片薄薄的石头或者瓦片,放低身姿,将石头或者瓦片斜贴着水面掷出,有意思的一幕便会出现:石头或者瓦片扎入水里后又会快速跃出,回到空中,再扎入水里,又回到空中……如此重复多次。

这次,嫦娥五号返回器就是在太空中打了“水漂”之后回来的。

这个“太空水漂”,航天术语叫“半弹道跳跃式返回”,即在返回器第一次进入大气层一定“深度”并滑行一定距离后,调整返回器姿态,使其再次升高,随着返回器的升高,其速度会进一步降底,在降到第一宇宙速度以下时返回器便不再满足成为一颗地球卫星的基本条件,再次开始下落,然后以类似神舟飞船的返回过程返回地球,后面的“回家”方式就轻车熟路了。

“为什么要采用这种‘打水漂’的形式回家呢?” 中国航天科技集团五院总体设计部嫦娥五号探测器总体主任设计师孟占峰告诉记者,嫦娥五号返回器从月球归来的速度是高达每秒11.2公里的第二宇宙速度,而一般从近地轨道返回的航天器速度大多为每秒7.9公里的第一宇宙速度,可别小看了这每秒3公里多的差距,航天器如果以过高的速度进入大气层,摩擦产生的剧烈高温将带来极大风险,因此必须解决“减速”问题。

中国航天的轨道设计师们,决定借助地球大气层这个航天器再入返回的天然屏障,让返回器在太空中潇洒地打个“水漂”。

“返回器先是高速进入大气层,再借助大气层提供的升力跃出大气层,然后再以第一宇宙速度扎入大气层,返回地面,整个过程环环相扣,在15分钟内完成。”孟占峰说。

嫦娥五号能否成功打出一个漂亮的“水漂”,关键在于气动技术研究工作的全面性和正确性。

五院总体部设计师李齐在接受科技日报的采访时介绍,相比近地轨道航天器返回,嫦娥五号面临的气动问题更加复杂,再入热环境条件更为严酷,对气动数据的精准度要求更为苛刻。

首先,高速再入会导致复杂流动效应影响增大,各种复杂流动效应将对返回器气动力、热特性产生巨大影响。

其次,由于跳跃式再入,烧蚀、燃料消耗等各种因素,使得二次再入地球大气的外形适应不确定性增加。

第三,由于轻小型化要求,嫦娥五号返回器尺寸比国内外任何一种半弹道式再入飞行器都要小很多。尺寸的减小、质量的降低,可能导致返回器飞行稳定性下降,对气动特性预估准确度等方面提出了更高要求。

此外,相比返回式卫星和神舟飞船返回舱,本次任务中返回器面临的热环境要恶劣得多。由于高温效应,必须要考虑高温辐射加热影响,而这是近地轨道航天器分析再入热环境时不需要考虑的。

面对重重考验,五院总体部气动团队开展关键技术攻关,从国内外同类返回飞行器的气动研究成果中汲取经验,同时积极向院内外系统专家请教,终于准确把握了返回器气动研究工作难点和关键点,制定了全面详细的气动研究大纲。

要想突破半弹道跳跃式高速再入返回技术,气动设计、分析与验证必须解决外形、质心和数据三大需求。气动团队携手多个国内专业气动单位,开展了30余项研究工作,计算/试验状态超过20000个,逐步确定了返回器气动外形、配平质心盒、气动标称数据库及其偏差范围,为相关分系统设计、仿真和试验提供了可靠的数据输入。

最终,他们完成了相关研究,提出了适用于轻小型跳跃式高速再入返回器的气动外形设计方法、基于时变估计偏差的配平质心盒设计方法,以及适用于高速再入返回器的气动力偏差计算方法,完成了适用于第二宇宙速度再入的高空跨流域气动特性计算方法研究等;同时突破了多项关键技术,填补了多项国内空白,并在探月三期再入返回飞行试验器任务中得到了有效验证,为嫦娥五号任务圆满成功立下了汗马功劳。

这短短900秒的旅行,凝结了设计师们无数的心血,一次次分析、一次次计算、一次次论证、一次次试验……绞尽了脑汁,费尽了心思,最终成就了太空中精彩一跃,为探测器安全顺利返回打牢了基础。

五院502所专家告诉记者,嫦娥五号返回器中的计算机会根据当前的位置和速度信息,结合落点位置进行制导处理,自动规划出一条从返回器当前位置到打开降落伞地点的最佳飞行路径,然后通过向安装在返回器外的发动机发送喷气控制指令,调整返回器姿势,使返回器沿着规划出的轨迹飞行,最终使返回器“条条大路通落区”。

“可以说,在六七千公里的飞行过程中,在允许的偏差范围内,嫦娥五号返回器可以‘自由飞翔’。”五院502所专家说。  

回家途中高温“拦路虎”

嫦娥五号返回器回家途中的另一个“拦路虎”就是高温。

见过神舟飞船返回舱的人一定对它乌黑的外表印象深刻。这是返回舱从近地轨道返回地球时,被大气层剧烈摩擦产生的高温烧灼而成的。

“再入的速度提高一倍,再入热量将提高8至9倍!高速进入大气层时摩擦产生剧烈高温,热量急剧提升为航天器返回带来巨大挑战。”中国航天科技集团五院总体设计部嫦娥五号探测器结构分系统主任设计师董彦芝说,如此高的温度一旦进入返回器内部,后果将不堪设想。

如何防热、怎么对抗烧蚀,成为必须攻克的难关。董彦芝告诉记者,因为运载承载能力的约束,嫦娥五号返回器的质量受到严格限制。科研人员在设计过程中不仅需要新型低密度防热材料,还需要对返回器结构本身采用轻量化的设计。

为此,中国航天科技集团五院总体设计部防热结构设计团队为探测器巧妙设计了一件“贴心防热衣”——

首先,针对月球轨道返回热环境、空间环境和重量的要求,科研人员提出了不同部位耐烧蚀和隔热的具体需求与指标,从33种新研材料中筛选出了7种防热材料,完成了防热材料的布局和局部防热结构设计,实现了我国由近地轨道再入到深空轨道再入的防热结构设计跨越;

其次,科研人员提出了三维传热烧蚀分析方法,采用整体变厚度、变密度,分区域、偏轴设计方案,突破了轻量化设计关键技术,并利用一维烧蚀分析和三维温度场分析相结合的数值分析方法,实现了用全面的局部烧蚀试验代替整器烧蚀试验,为试验任务的成功奠定了基础。

董彦芝告诉记者,从防热结构设计、防热材料成型工艺研究、焊接工艺研究,到工程样机、结构器、热控器、专项试验验证器、正样器……嫦娥五号探测器的防热“霓裳羽衣”精心“缝制”而成,成为其安全顺利返回地球家园的生命保证。

在返回大气层对抗烧蚀环境之前,嫦娥五号在飞行过程中还有大热耗散热需求。隔热与散热,听起来几乎是不可调和的矛盾。

然而五院总体部热控设计师们攻克了异构式环路热管热控技术,相当于给返回器增加了可调节热导的“热开关”,有效解决了返回器再入大气前的大热耗散热、热导调节和再入过程中热阻断的难题。

太空飞行期间,嫦娥五号还面临着温差高达数百度的宇宙环境。五院嫦娥五号探测器热控分系统主任设计师宁献文介绍,为了让嫦娥五号舒适地飞行,热控人员根据受热要求为它设计了薄厚不一的“金衣银饰”,通过寻找最冷最热点,优化热控策略,确保器内温度稳定而平均。

按计划,回收后的嫦娥五号返回器在完成必要的地面处理工作后,将空运至北京开舱,取出样品容器及搭载物。国家航天局将择机举行交接仪式,正式向地面应用系统移交月球样品,中国首次地外天体样品储存、分析和研究相关工作也将随之启动。
不良人 wrote:
教主,你知道这个打水(恕刪)


難到蘇聯美國60年前就做過
IDF302 wrote:
打水漂


不要整天就看宣傳部的宣傳稿 會被人當笑柄的

跳跃式再入
从月球或其他行星返回的航天器接近地球时的轨道是抛物线(第二宇宙速度返回)或双曲线(大于第二宇宙速度返回)。航天器若沿着下图中路径A返回,则穿透大气层过快,过载、热流和动压峰值将超过航天器和航天员的承受极限;若沿着路径B返回,则空气阻力太小,速度不足以降低到被地球捕获,航天器将飞离地球。因此航天器必须进入一条狭窄的进入走廊,才能保证成功返回地球。
航天器通过进入走廊以较小的再入角进入大气层后减速,依靠升力再次冲出大气层,此时航天器的速度已经降低到第一宇宙速度以下,做一段弹道式飞行后再次进入大气层;也可以多次出入大气层,每进入一次大气层就利用大气进行一次减速。这种返回轨道的高度有较大起伏变化,故称作跳跃式轨道。对于进入大气层后虽不再跳出大气层,但靠升力使再入轨道高度有较大起伏变化的轨道,也称作跳跃式轨道。
苏联的“探测器6号”是首个成功采用跳跃式再入的航天器。1968年11月17日,“探测器6号”在实现绕月飞行后使用半弹道再入,进入大气时再入角为-5.6度,到达地球附近的速度约为11 km/s。由于气动升力,“探测器6号”下降50~60 km后,飞行器跳跃上升穿出大气。经过大气阻力减速,速度降到了7.6 km/s,实现被地球的捕获,在空间飞行一段时间后,再次以半弹道再入。“探测器6号”的过载峰值约7g,比“探测器5号”(16g)降低了一半以上。1969年发射的“探测器7号”和1970年发射的“探测器8号”也成功进行了跳跃式再入试验。
美国的“阿波罗”飞船的跳跃式再入方案与“探测器6号”基本相同,不同的是“阿波罗”有更大的升阻比,可以选择更大的再入角,升力控制能力也有所提升。“阿波罗”的再入角为-6.48度,速度与“探测器6号”相同。再入后80秒时过载达到最大值(约6g),飞行高度下降到约55 km时出现了“跳跃”现象,并在再入后256秒左右“跳跃”到最高点约67 km,此后一直下降直到开伞完成降落。
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