本文關(guān)鍵詞：磁阻尼對(duì)探測(cè)器火星降落過(guò)程的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)

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【摘要】：較地球而言,火星的大氣非常稀薄,平均壓強(qiáng)只有700Pa[1],這使得探測(cè)器在進(jìn)入火星后難以獲得足夠大的阻力,產(chǎn)生減速困難的問(wèn)題。為了提供足夠的飛行制動(dòng)力�；鹦翘綔y(cè)器需要攜帶大量的燃料來(lái)實(shí)施制動(dòng)控制,這樣就大幅增加火星探測(cè)器在地球表面的起飛重量,要求運(yùn)載火箭具備更大的推力,導(dǎo)致許多火星探測(cè)設(shè)想因技術(shù)原因而不能實(shí)施。美國(guó)的火星探測(cè)器為了減少制動(dòng)變軌的燃料消耗,在火星環(huán)繞軌道上采用氣動(dòng)阻尼技術(shù)(air-braking),通過(guò)環(huán)繞軌道近火點(diǎn)弧段的火星大氣阻尼,減小飛行器的飛行速度,從而降低飛行器遠(yuǎn)火點(diǎn)的高度,逐漸使火星飛行器軌道成為環(huán)繞火星的圓軌道。本文對(duì)火星的大氣環(huán)境進(jìn)行估計(jì),考慮高速進(jìn)入的探測(cè)器與火星大氣發(fā)生相互作用,由于探測(cè)器的飛行速度遠(yuǎn)大于火星大氣中的聲速,在探測(cè)器的前段將產(chǎn)生高馬赫的激波(馬赫數(shù)Ma約為20),高密度激波與來(lái)流氣體分子間的劇烈摩擦將產(chǎn)生等離子體。此時(shí),為了減少火星著陸探測(cè)器所攜帶的制動(dòng)燃料,增大著陸器進(jìn)入火星大氣的減速度,可根據(jù)一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)可與高速運(yùn)動(dòng)的等離子體發(fā)生相互作用,產(chǎn)生一定的阻力的原理,利用磁場(chǎng)達(dá)到增加阻力的效果,本文稱之為磁阻尼效應(yīng)。本文基于磁阻尼效應(yīng),提出在探測(cè)器火星降落過(guò)程中添加磁偶極場(chǎng),利用磁阻尼效應(yīng)提供額外的阻力,達(dá)到進(jìn)一步減速的效果。添加的磁偶極場(chǎng)可將激波中的等離子體捕獲,在火星大氣降落過(guò)程中形成一個(gè)“磁泡”的類似結(jié)構(gòu),該“磁泡”區(qū)域跟隨探測(cè)器一起運(yùn)動(dòng)。“磁泡”束縛的等離子體可與來(lái)流的高速中性氣體發(fā)生碰撞,從而獲得來(lái)流的動(dòng)量;再通過(guò)帶電粒子與磁場(chǎng)作用將動(dòng)量傳遞給探測(cè)器本身,使探測(cè)器獲得一定大小的阻力。該阻力將提供一定的減速效果,可進(jìn)一步降低探測(cè)器的下降速度。本文初步設(shè)計(jì)了磁阻尼的減速裝置,利用永磁體在探測(cè)器上添加一個(gè)較強(qiáng)的磁偶極場(chǎng)。分析發(fā)現(xiàn)在探測(cè)器表面磁場(chǎng)達(dá)到1T的條件下,磁阻尼在火星下降過(guò)程中可提供103N量級(jí)的阻力。在磁阻尼的作用下,相同的開(kāi)傘高度探測(cè)器速度可降低至更低的馬赫數(shù),而開(kāi)傘速度快慢對(duì)于開(kāi)傘的安全性至關(guān)重要,低速開(kāi)傘可極大提高阻力傘安全打開(kāi)的可靠性。故本文認(rèn)為磁阻尼可增加探測(cè)器火星降落過(guò)程中的阻力,磁阻尼對(duì)于提高探測(cè)器著陸火星的安全性與可靠性有很大的意義,可給未來(lái)探測(cè)器著陸火星過(guò)程中的減速措施提供一定的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V476.4

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1 張建平;戴詠夏;顏志江;紀(jì)冬梅;王昊;;懸臂導(dǎo)電薄板磁彈性耦合作用下的磁阻尼分析[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2011年02期

2 ;[J];;年期

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1 洪波;磁阻尼對(duì)探測(cè)器火星降落過(guò)程的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心);2015年

2 夏燦;基于磁阻尼的超低頻絕對(duì)振動(dòng)檢測(cè)機(jī)理研究[D];浙江師范大學(xué);2014年

3 初海洋;基于感應(yīng)磁阻尼原理的微重力著陸緩沖器研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：1150519