当嫦娥五号着陆器降落在月球表面,顺利展开太阳能帆板,天津大学机械工程学院空间力学团队师生们的心也终于落了地。“嫦娥”探月前,在模拟只有地球六分之一重力地面试验场,团队圆满完成了20多种“嫦娥”在月球着陆的工况,以确保着陆器稳稳地踏上月球的土壤。与此同时,空间力学团队在羽流与月壤相互作用、模拟月貌区、稳定性试验面、“嫦娥”再返地球大气层的稳定性和姿态等方面的研究成果,也都为此次嫦娥五号任务的圆满完成保驾护航。
此次探月工程嫦娥五号探测器的主要任务是去月球采样返回,也就是人们通常说的“挖土”。嫦娥五号发射前,天津大学空间力学团队根据不同参数顺利完成了20多种不同的月貌模拟试验,特别是模拟出月坡、月坑、月石等多种组合和极端工况。
模拟月貌打好了“地基”,要想让嫦娥五号稳稳落月,并确保所搭载的各种敏感设备不受“内伤”,空间力学团队圆满完成了着陆器稳定性试验面和着陆冲击试验面的研制:模拟出只有地球六分之一的受力环境,满足着陆器着陆时四条“腿”的三级缓冲装置的受力和变形的着陆冲击试验。同时,针对“嫦娥”落地时,也全面模拟了可能会碰着石头、遇到斜坡等各种极端工况,确保“嫦娥”无论遇到什么着陆情况,“腿”都不会受伤,稳稳落月,并保障搭载的敏感设备正常工作。
此外,空间力学团队针对月壤颗粒受力影响因素、月壤颗粒相互碰撞等问题,提出了原创研究方法,成功为嫦娥五号着陆器稳定着陆保驾护航。
我国探月工程重大科技专项分为“绕、落、回”三步走,嫦娥五号将要完成的正是这最后一步的“回”,并且是带着月壤样品回到地球。返回器在进入地球大气层时的稳定性和姿态分析,也是空间力学团队的重要研究内容之一。通过数值模拟与试验数据比对,团队提供了不同的工况助力返回器以“最舒服”的姿态安全进入大气层。
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