Mevcut DGB paraşüt yapısını optimize etmek ve iyileştirmek için iki fikir benimsendi. Biri, sürükleme katsayısını arttırmaktır. Disk parçası böylece hemisflo paraşüt yapısı ve trikonik paraşüt yapısı gibi daha yüksek sürtünme katsayısına sahip bir yapıya dönüştürülür. Diğeri, paraşütün alt eteğine konik bir bant eklemek gibi paraşütün stabilitesini artırmak için bandın alanını genişletmektir. Spesifik paraşüt yapıları şekilde gösterilmiştir. Kredi: Uzay: Bilim ve Teknoloji
Tianwen-1’in tasarımı, geliştirilmesi ve kalifikasyonu ile nasıl başa çıkılır? Mars paraşüt.
Çin’in Tianwen-1 Mars sondası, 15 Mayıs 2021’de Pekin Saati ile 7:18’de Ütopya Ovası’na başarıyla indi. Mars görevlerinin başarı oranı yaklaşık %50’dir ve çoğu başarısızlık giriş, iniş ve iniş sırasında meydana gelir ( EDL) aşaması. Düşük yoğunluklu süpersonik paraşütler, Mars’ın EDL’sinde hayati bir rol oynar ve tüm görevin başarısını doğrudan belirler. Yakın zamanda yayınlanan bir araştırma makalesinde Uzay: Bilim ve TeknolojiPekin Uzay Mekaniği ve Elektrik Enstitüsü’nden Mingxing Huang, gelecekteki Mars keşif paraşütlerinin yaratılması için bir referans sağlayabilecek Tianwen-1 Mars paraşütünün tasarımını, geliştirmesini ve kalifikasyonunu gerçekleştirdi.
Yazar önce Mars paraşüt çeşitlerinin analizi ve seçimine odaklandı. Dünya’da çalışan paraşütlerle karşılaştırıldığında, Mars’a inen paraşütlerin paraşütleri daha fazla sorunla karşı karşıya. Bir yandan, Mars paraşütünün açık uçuşu, süpersonik hız, düşük yoğunluk ve düşük dinamik basınç ile karakterize edilir. Öte yandan, Mars girdap aktivitesi ve toz fırtınaları gibi atmosferik faaliyetler, zorlu paraşüt açma koşullarına neden olabilir. Bu nedenle paraşüt tasarımında paraşütün açılmasındaki zorluklar, kararsız şişirme ve düşük sürtünme katsayısı göz önünde bulundurulmalıdır.
Mars’a başarılı bir şekilde yumuşak iniş gerçekleştiren diğer tüm iniş araçları, süpersonik ve düşük yoğunluklu çalışma ortamında iyi bir stabiliteye ve mükemmel şişirme performansına sahip olan DGB (Disk-Gap-Band) paraşütünü kullandı. Gösterilen yüksek irtifa performansı ve daha düşük teknik risk nedeniyle, geliştirilmiş tasarım modifikasyonlarına sahip DGB paraşütü, Tianwen-1 Mars sondası için aday olarak seçildi. Bant alanının tüm kanopiye oranına göre, DGB paraşütleri Viking tipi ve MPF (Mars Pathfinder) tipine ayrılabilir. Viking tipi DGB paraşütü yüksek bir sürtünme katsayısına ve zayıf bir stabiliteye sahipken, MPF ve onun geliştirilmiş DGB paraşütü daha küçük bir sürtünme katsayısına ancak daha iyi stabiliteye sahiptir. Ayrıca, mevcut DGB paraşüt yapısını optimize etmek ve iyileştirmek için iki fikir benimsendi. Biri, sürükleme katsayısını arttırmaktır. Disk kısmı böylece daha yüksek bir sürtünme katsayısına sahip bir yapıya dönüştürülür. Diğeri, örneğin kanopinin eteğine konik bir bant eklemek gibi paraşütün stabilitesini arttırmak için bandın alanını genişletmektir. Böylece MPF, Viking, hemisflo, triconical ve konik yapı dahil olmak üzere beş DGB paraşüt yapısı aday olarak seçilmiştir.
Tianwen-1 iniş aracı ve Zhurong gezicisinin Giriş, İniş ve İniş dizisi. Kredi: Huang Xiangyu ve ark. DOI: https://doi.org/10.34133/2021/9846185
Daha sonra, Mars paraşütü için yapıyı optimize etmek için, beş DGB paraşütü için sürtünme katsayılarını ve salınım açılarını elde etmek için ses altı, transonik ve süpersonik rüzgar tüneli testleri yapıldı. Daha iyi yavaşlama ve stabilite performansına sahip bir paraşüt seçmek için farklı Mach sayılarındaki rüzgar tüneli test sonuçlarıyla birleştirildiğinde, konik DGB paraşütü, Tianwen-1 için en iyi yavaşlama paraşütüydü.
Son olarak, Mars uçuş koşullarında tam ölçekli konik DGB paraşütlerinin kabiliyetini göstermek için, Nisan 2018’de roketler ile dört yüksek irtifa uçuş testi yapıldı. Uçuş sırasında, ilk aşama yaklaşık 17km~20km irtifalarda yandı. , faydalı yük bölümü sırasıyla 49km ile 64km arasında zirveye ulaştı. Yük, hedeflenen dinamik basıncı ve Mach sayısını aldığında, paraşüt havanla açıldı.
Paraşütün konuşlandırılması, şişirilmesi ve süpersonik ve ses altı aerodinamiği, paraşüt üzerinde eğitilmiş yüksek hızlı bir video sistemi, paraşüt dizginlerinin arayüzünde bir dizi yük pimi ve faydalı yük dahil olmak üzere bir dizi alet tarafından analiz edildi ve faydalı yükte bir GPS ve atalet ölçüm birimi (IMU). Ses altı hıza yavaşladıktan sonra, paraşüt ve yük kurtarma için test aralığına indi.
Tüm testler, tam şişirme durumunda paraşüt üzerinde istenen bir yüke ulaşmak için paraşüt açılmasında belirli bir dinamik basıncı hedef aldı. Paraşütler, 100Pa ile 950Pa arasında değişen dinamik basınçlarda ve 2.05 ile 2.35 arasında Mach sayılarında konuşlandırılan havan topuydu. Karşılaştırıldığında, Tianwen-1’in paraşütü Ma1.6~Ma2.3 aralığında ve 250Pa~850Pa dinamik basınç aralığında güvenilir bir şekilde açılabilmelidir. Dünya üzerinde yapılan yüksek irtifa açma testi ve Mars’ın fiili çalışma koşulları altında Reynolds sayıları her ikisi de 2×10 mertebesindedir.6.
Test sonuçları, konik DGB paraşütünün sürtünme katsayısının 0,39 ila 0,70 arasında değiştiğini, Mach sayısının Ma 0.2-Ma 2.4’ten arttığını ve Ma 1.5’te maksimum 0.7 değerine ulaştığını; paraşüt açılmasından sonra maksimum AOA yaklaşık 20°’dir ve bunların tümü, konik DGB paraşütünün performansının Tianwen-1 Mars sondasının yavaşlama gereksinimlerini karşılayabileceğini göstermiştir.
Referans: “Tianwen-1 Mars Paraşütünün Aerodinamik Özelliklerinin Analizi ve Doğrulanması”, Mingxing Huang, Wenqiang Wang ve Jian Li, 20 Mart 2022, Uzay: Bilim ve Teknoloji.
DOI: 10.34133/2022/9805457
Finansman: Pekin Uzay Mekaniği ve Elektrik Enstitüsü