中國首次火星探測|火箭一二級可靠分離 火星車自主靈活行走

　　航天科技集團四院為此次擔任發射任務的長徵五號遙四火箭提供了正推火箭、消氫點火裝置、碳碳密封材料;為「天問一號」火星探測器提供了火星車電機，以及高空開傘探空火箭試驗運載系統。

　　火箭系統——

　　■正推火箭：為芯一級、芯二級可靠分離提供動力

　　正推火箭是火箭飛行過程中為實現芯一級、芯二級可靠分離而研製的分離發動機。當火箭芯一級工作結束，正推火箭接到分離指令開始點火工作，此時發動機產生推力實現芯二級液體推進劑沉底，確保火箭按照預定程序完成任務。由四院41所研製的正推火箭，兼具固體發動機和火工品的雙重特性，工作時間長，可靠性要求高，環境條件極其苛刻，是目前運載火箭箭體使用的最大火工品。

　　■消氫點火裝置：火箭發射前消除低溫氫氣保安全

　　「長徵五號」運載火箭採用氫氧發動機，在點火前會向發射平臺周圍環境排放大量低溫氫氣。當氫氣與空氣混合濃度達到一定範圍時，遇靜電或明火就會產生爆炸或爆轟，不僅損壞發射場的設備和設施，甚至會導致星箭俱毀的嚴重後果。為消除火箭發射前的大量低溫氫氣，徹底排除發射前的安全隱患，四院42所專門研製了消氫點火裝置。該裝置安裝在發射平臺上，能在火箭氫氧發動機工作前的2—3秒內，點燃火箭發射的「第一把火」，利用噴射的高溫、高速燃氣金屬粒子流，將發射前排出的大量氫氣在其未達到可爆炸最低濃度前先行消除，保證運載火箭發射的安全性。該裝置採用高安全性藥劑材料，應用了先進的控制技術，確保能夠「準確、準時」點火，待消除氫氣後又能及時「熄火」。

　　■碳碳密封材料：在液體火箭發動機中發揮重要作用

　　長徵五號運載火箭採用的120噸液氧/煤油發動機，是我國研製的新一代大型運載火箭重要動力，由四院43所研製的C/C密封材料應用於液氧煤油發動機渦輪泵關鍵部位，能在高低溫、高壓、高速旋轉條件下工作，已成功應用於多個型號10餘次發射任務，在多型液體火箭發動機中發揮了重要作用。

　　探測器系統——

　　■降落傘能否使用 專門開發了試驗運載系統

　　火星探測最大的難點在於再入、下降與著陸過程中，要在7分鐘內將探測器的時速從2萬千米降低到0，因此被稱為「恐怖7分鐘」。

　　如何做到這一點?探測器的法寶就是降落傘。但火星大氣與地球大氣存在較大差異，使得作為減速裝置的降落傘在開傘、充氣、穩降減速過程中具有低密度、低動壓、高馬赫數的工作特點，只能通過在地球上40km—60km的高空進行模擬開傘試驗來驗證。

　　從2016年開始，航天科技四院先後為火星探測項目研製了「天鷹六號」探空火箭等試驗運載系統，將火星降落傘及進入器模擬物運送至需要的高度，模擬火星探測器再入、下降段過程，驗證降落傘的工作性能，為火星探測器降落傘高空開傘創造最真實的試驗條件。

　　該型運載系統首次使用多項新技術，將運載器姿態控制在指定範圍，實現可靠分離動作，以利於超音速低密度條件下高空開傘，為2020年我國首次火星探測任務的順利推進奠定了堅實的基礎。

　　■火星車電機 給火星車行走提供「驅動」

　　本次火星探測將一次性完成「繞、落、巡」三大任務，其中最讓人期待的重頭戲就是火星表面巡視。屆時，我國首輛火星車將在踏上火星後走出歷史性的一步。

　　火星車擁有一雙「行走的雙腿」，為其提供「驅動」的是由四院401所配套研製的火星車電機。電機共分三型，分別應用於轉向、行走以及底盤調整，可以讓火星車自主、靈活地「行走」。

　　火星車電機研製中面臨許多前所未有的技術問題，均被研製團隊一一攻克，最終讓該電機「耐寒、省力、減震、防汙」：

　　「天問一號」7-8個月的漫長奔火旅途中，電機系統需在待機狀態下抵禦太空超低溫環境。401所項目研製團隊攻克材料低溫冷焊特性，通過了-140℃的地面試驗驗證，讓電機擁有了「超級耐寒」能力。

　　為了讓火星車的車輪在轉向、過坡中更「省力」，電機提供了靜磁力矩作為定位，使火星車輪子在轉向、下坡中不用為電機供電，增加可靠性的同時也減輕了系統重量。

　　為克服大靜磁力矩帶來的運轉不平穩，研製團隊實現了靜磁力矩達到額定力矩60%的電機極低速控制，可在30轉每分種平穩運轉，大大提高了火星車的越障和爬坡能力。

　　為適應火星表面大氣塵埃環境，抵禦「火星風暴」，給裸露在外的電機設計了嚴密的「防護服」並通過了試驗驗證。

　　華商報記者 馬虎振

來源：華商網-華商報

編輯：報社方正