怎么让行星降落？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-07-09 11:40 标签： 让她降落 降落

这是一个超音速降落伞的问题。以好奇号（火星科学实验室MSL）为例，进入火星大气层的初速度大约是每小时1.8万km，此时高度大约是120km，而经历了2100度高温和剧烈减速阶段后，直到11km高度才打开降落伞，此时MSL着陆器的速度已经降低到每小时2000km，即每秒550米。火星和地球相比大气稀薄的多，密度比地球大气低1-2个数量级，火星大气这个高度上的声速是240米/秒，也就是说开伞速度远超声速，大约是2.3马赫。

我们知道，物体在流体中受到的阻力与空气密度、运动方向的投影面积A、速度的平方、阻力系数成正比：

但遗憾的是，在超音速情况下阻力系数不再是常数。

下图模拟了前体（探测器）和一个降落伞在 1.5马赫流体中的运动情况。左侧为压力场，右侧为速度场。超声速运动的前体（探测器）会在两侧形成锥形的激波，后侧形成尾流。

高速尾流进入到降落伞的伞盖中，流速降低，形成高压区，进而形成从伞盖到探测器的反向气流（右图蓝色区域）。

反向气流会完全破坏探测器的锥形激波，在探测器后方形成高压区，并且降低了降落伞附近区域的流速。此时伞盖内部的压力降低，内外压差变小

随着降落伞收缩，反向气流也随之消失，前体（探测器）周围的锥形激波和尾留得以重新建立，降落伞重新打开……于是又回到了第一张图。

因此降落伞在超声速的时候是非常不稳定的，如上所示的这种振荡现象大大降低了降落伞的阻力系数。

上图：不同形状的降落伞在不同马赫数（横轴）下的阻力系数（纵轴）。

盘-缝-带（DGB）构型的降落伞经过了大量检验，已经被证明具有较好的超音速特性，需要在3马赫以下的速度展开。近年来的几个火星探测器（好奇号、勇气-机遇号、火星探路者号）均采用了这种构型，实际都是在1.7-2.3马赫左右的速度下展开的。此时探测器的动能相比初入大气层时已经削减了99%。

虽然土卫六的大气比火星和地球都要浓密的多，但是惠更斯号着陆器的降落伞也采用了DGB构型，并在1.7马赫下成功展开。上图是1993年在美国田纳西州的阿诺德空军基地进行风洞试验的照片。

前不久（2017年10月4日），NASA为2020年的火星任务进行了第一轮降落伞测试，由一枚火箭将载荷送到51km的高度，载荷在下落到 42km时以1.8马赫的速度释放降落伞，降落伞在半秒内成功打开，产生了3.5万磅（1.6万公斤）的阻力。高速相机拍下了这面超音速降落伞的展开过程。

[第一时间]日本探测器隼鸟2号首次降落小行星“龙宫”

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视频简介：日本探测器隼鸟2号首次降落小行星“龙宫”。

在人类所面临的自然灾难中，小行星撞击地球是为数不多的有灭绝性危险的灾难之一，然而小行星撞击地球几乎是每天都在发生的事情，只是绝大多数小行星的体积和质量都比较小，进入地球大气层的时候就摩擦殆尽了，不会造成灾难。只有个别比较大的小行星不会在大气层中摩擦殆尽，最终会降落到地面上形成陨石。

如果小行星的个头再大一些的话，就会对降落地点附近造成灾难性的事件了，2013年2月袭击了俄罗斯车里雅宾斯克州的小行星，直径大致只有一米左右，然而却造成1200多人受伤，降落地点附近方圆几公里的玻璃全被震碎，由此也可见小行星撞击地球时的威力有多大。

一米见方的陨石就有如此之大的威力，直径几十米，上百米的更不用说了。美国奥西里斯-REx小行星探测器目前正在探测一个叫贝努的小行星，2018年12月10日，其在贝努小行星上发现了水的痕迹，美国航空航天局为什么要探测这颗小行星，其实就是因为它是一颗对地球有潜在威胁的小行星。

这颗小行星的直径超过了500米，科学家认为它到22世纪末将会近距离接近地球，碰撞地球的概率为1/2500，不要认为几千分之一的概率就很小，在天文学上，这至少说明它将在极近的距离上靠近地球，而且相对而言相撞是个相当高的大概率事件。

“贝努”小行星最早发现于1999年9月11日，科学家认为它保存着太阳系形成初期的原初物质，每年围绕太阳运行一周，每隔六年就会路过地球附近，甚至能用肉眼在地球上看到它。科学家预测这颗小行星将于2135年穿过地球和月球之间，到了年，它将以更近的距离接近地球，与地球相撞的概率较大，目前来看这颗小行星的飞行速度约为每小时101386公里，每秒钟就飞行28公里多，而且它的体积又如此之大，说明它是一个很有威胁性且非常神秘的近地天体。

美国国家航空航天局（NASA）认为这颗时速10万公里的，直径超500米的小行星的撞击甚至会造成“地球末日”，下世纪末就有上演的可能，于是在2016年9月份发射了 “奥西里斯-REx”探测器，它将用来收集这颗小行星的各种信息，调查这颗小行星的化学组成、矿物分布和地质历史，观测期间收集到的信息将帮助科学家们理解太阳光如何影响小行星的航线，接着探测器还会从小行星提取样本，随后于2023年回到地球，如今探测器在这个小行星上发现了遍布整体的含水粘土物质，这种经过水浸润的痕迹让天文学家们分析这颗小行星很可能是从某个可以存在液态水的星体上分离出去的，因为这样体积的小行星不可能在太空中与水发生反应，但其具体来源还是个谜。

水在阳光的照耀下是可以蒸发的，就像彗星一样，因此这颗小行星的轨道还会有微观上的变化，这也会对撞击地球的概率造成影响。

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