“嫦娥”月球挖土前，他們造了11年“月壤”

　　本報記者 陳 曦 通訊員 劉曉艷

　　穩(wěn)了！穩(wěn)了！當嫦娥五號著陸器穩(wěn)穩(wěn)地降落在月球表面，天津大學機械工程學院空間力學團隊師生們的心也終于落了地。

　　“嫦娥”飛月前，在模擬只有地球六分之一重力的地面試驗場，團隊圓滿完成了20多種“嫦娥”在月球著陸工況的模擬試驗，以確保著陸器穩(wěn)穩(wěn)地踏上月球的土壤。

　　與此同時，空間力學團隊在羽流與月壤相互作用、模擬月貌區(qū)、穩(wěn)定性試驗面、“嫦娥”再返地球大氣層的穩(wěn)定性和姿態(tài)等方面的研究成果，也都將為此次嫦娥五號任務的圓滿完成保駕護航。

　　實驗室模擬月球造土11年

　　此次探月工程嫦娥五號探測器的主要任務是去月球采樣返回，也就是人們通常說的“挖土”。早在2009年，天津大學空間力學團隊崔玉紅教授和王建山教授就開始在實驗室里“造土”——尋找各種合適的材料，盡量符合月球表面土壤的各種參數(shù)，部分成果最先應用于嫦娥三號。

　　此次嫦娥五號降落在呂姆克山，同嫦娥三號和嫦娥四號著陸地點不同，并且著陸器的重量不同、任務不同，在月貌試驗場內(nèi)，空間力學團隊根據(jù)不同參數(shù)順利完成了20多種不同的月貌模擬試驗，特別是模擬出月坡、月坑、月石等多種組合和極端工況。

　　模擬月貌打好了“地基”，為了讓嫦娥五號穩(wěn)穩(wěn)落月，并確保所搭載的各種敏感設備不受“內(nèi)傷”，空間力學團隊圓滿完成了著陸器穩(wěn)定性試驗面和著陸沖擊試驗面的研究，并全面模擬了可能會碰著石頭、遇到斜坡等各種極端工況，確保“嫦娥”無論遇到什么著陸情況，“腿”都不會受傷，穩(wěn)穩(wěn)落月，并保障搭載的敏感設備正常工作。

　　同時，在著陸器接近月表時，發(fā)動機噴出的高速、高溫與高密度氣體迅速向月表外部真空環(huán)境膨脹、擴散，形成羽毛狀流場，即羽流。羽流沖擊月球土壤表面，導致月壤顆粒四處飛揚，并在月球表面形成月坑。

　　月坑會給著陸穩(wěn)定性帶來不利影響，飛揚的月壤顆粒也會影響著陸能見度和視野，甚至這些顆粒黏附在著陸器設備表層，覆蓋在光學儀器表面，使得它們無法開展正常工作。

　　針對月壤顆粒被揚起的臨界質(zhì)量和月表形成月坑的尺寸、月壤顆粒受力影響因素、月壤顆粒相互碰撞問題、月壤顆粒的擴散問題和月壤顆粒與發(fā)動機羽流雙向耦合問題等，團隊提出了原創(chuàng)的研究方法，相關(guān)研究成果為嫦娥五號著陸器穩(wěn)定著陸保駕護航。

　　讓“嫦娥”帶月壤順利返回

　　我國探月工程重大科技專項分為“繞、落、回”三步走，嫦娥五號將要完成的正是這最后一步的“回”，并且是帶著月壤樣品回到地球。

　　返回器在進入地球大氣層時的穩(wěn)定性和姿態(tài)分析，也是空間力學團隊的重要研究內(nèi)容之一。通過數(shù)值模擬與試驗數(shù)據(jù)比對，團隊提供了不同的工況助力返回器以“最舒服”的姿態(tài)安全進入大氣層。

　　崔玉紅和王建山近10年來一直參與國家重大科技專項“探月工程”和“火星探測”計劃等項目，其研究方法和研究成果已應用于嫦娥三號、四號和五號著陸器，也將應用在未來的“嫦娥”系列著陸器上，為我國探月工程提供重要研究方法和關(guān)鍵參考數(shù)據(jù)。