天津大學(xué)空間力學(xué)團(tuán)隊(duì)助力嫦娥五號月球“挖土”

中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 陳欣然 通訊員 劉曉艷）“穩(wěn)了！穩(wěn)了！”隨著嫦娥五號著陸器穩(wěn)穩(wěn)地降落在月球表面，順利展開太陽能帆板，天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院空間力學(xué)團(tuán)隊(duì)師生們的心落了地?！版隙稹憋w月前，在模擬只有地球六分之一重力地面試驗(yàn)場，該團(tuán)隊(duì)圓滿完成了20多種“嫦娥”在月球著陸的工況，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(xué)團(tuán)隊(duì)在羽流與月壤相互作用、模擬月貌區(qū)、“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，也都為此次嫦娥五號任務(wù)的圓滿完成保駕護(hù)航。

此次探月工程嫦娥五號探測器的主要任務(wù)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(xué)空間力學(xué)團(tuán)隊(duì)崔玉紅教授和王建山教授就開始在實(shí)驗(yàn)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參數(shù)，部分成果最先應(yīng)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地點(diǎn)不同，并且著陸器的重量和任務(wù)也不同，在月貌試驗(yàn)場內(nèi)，團(tuán)隊(duì)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(yàn)，特別是模擬出月坡、月坑、月石等多種組合和極端工況。

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(shè)備不受“內(nèi)傷”，空間力學(xué)團(tuán)隊(duì)圓滿完成了著陸器穩(wěn)定性試驗(yàn)面和著陸沖擊試驗(yàn)面的研制：模擬出只有地球六分之一的受力環(huán)境，滿足著陸器著陸時三級緩沖裝置受力和變形的著陸沖擊試驗(yàn)。同時，針對“嫦娥”落地，團(tuán)隊(duì)也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，能夠穩(wěn)穩(wěn)落月，并保障搭載的敏感設(shè)備正常工作。

同時，在著陸器接近月表時，發(fā)動機(jī)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(kuò)散，形成羽毛狀流場，即羽流。羽流沖擊到月球土壤表面，導(dǎo)致月壤顆粒的四處飛揚(yáng)，并在月球表面形成月坑。月坑對著陸器的著陸穩(wěn)定性帶來不利影響，飛揚(yáng)的月壤顆粒會影響著陸能見度和視野，甚至粘附在著陸器設(shè)備表層，覆蓋在光學(xué)儀器表面，使它們無法開展正常工作。天大空間力學(xué)團(tuán)隊(duì)針對這些問題提出了原創(chuàng)的研究方法，該成果為嫦娥五號著陸器穩(wěn)定著陸保駕護(hù)航。

我國探月工程重大科技專項(xiàng)分為“繞、落、回”三步走，嫦娥五號將要完成的是這最后一步的“回”，并且是帶著月壤樣品回到地球。返回器在進(jìn)入地球大氣層時的穩(wěn)定性和姿態(tài)分析，也是空間力學(xué)團(tuán)隊(duì)的重要研究內(nèi)容之一。通過數(shù)值模擬與試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對，天大團(tuán)隊(duì)提供了不同的工況助力返回器，讓嫦娥五號以“最舒服”的姿態(tài)安全進(jìn)入大氣層。