火星探测任务中,超声速降落伞对于火星探测器的减速过程起着至关重要的作用。然而,火星探测器与超声速降落伞系统的数值模拟和风洞试验大多在地球环境中进行,不能完全复现火星用降落伞真实的工作环境,所得气动特性也与真实环境下火星降落伞气动特性存在误差。针对这一问题,文章开展了地球和火星大气环境下超声速降落伞系统的数值模拟研究,并分析不同大气环境、来流条件对降落伞系统气动性能的影响机理,以及不同探测器构型对降落伞系统阻力性能的影响。研究发现:相比于地球大气,在火星大气条件下探测器单体尾流颈部点更加靠近探测器,火星大气环境下伞体阻力略低于地球大气环境;随着截锥数量的增加,器前激波脱体距离、激波角度及颈部点至探测器间距均缩短,阻力系数增加;后截锥导致伞体阻力波动幅度增加,流动周期延长。随着来流...

采用火星大气物理化学模型,求解带辐射源项的三维热化学非平衡N-S方程,对探路者号火星探测器进入过程中的高温流场和热环境进行了数值模拟,分析了气体辐射与非平衡流场耦合效应对流场和热流的影响。结果表明1)探路者号火星探测器流场热化学非平衡效应显著,CO2气体发生大规模离解,高度低至28.5 km仍存在热力学非平衡效应;2)热力学与化学非平衡效应的影响均与表面催化特性相关,完全催化热流要高于完全非催化热流50%以上;3)高温流场中的CO组分会产生较强的气体辐射加热,辐射热流与对流热流的比值为15%~45%,靠近肩部区域比值最大;4)气体辐射对非平衡流场的冷却效应使激波脱体距离减小;与非耦合方法相比,采用耦合方法得到的辐射热流降低约12%~25%。

火星探测捕获制动需要的速度增量大,制动消耗燃料多,因此针对火星大气密度低、大气不确定性强等问题,提出一种基于解析及自适应预测校正结合的分段式气动捕获制导算法,实现无人钝头体飞行器由双曲线接近段轨道到目标停泊椭圆轨道的轨道转移.考虑到多约束条件,将制导算法分为高度数值预测校正-高度保持-入轨控制3个阶段,其中第三阶段使用基于一阶特征模型的全系自适应预测校正算法.该方法利用施加控制量的时间与最终半长轴改变量的关系形成动态输入变换,以抵消该系统一阶特征模型输入输出间巨大的动态增益.仿真结果表明,该算法即可满足一定的多约束条件,同时能够克服较强的初始条件不确定性和环境不确定性,具有较强的鲁棒性.