Hvordan videnskabsmænd testede de supersoniske dynamiske egenskaber ved Tianwen-1 Mars Entry Capsule

At teste de supersoniske dynamiske egenskaber ved Tianwen-1 Mars Entry Capsule er afgørende for at sikre dens succesfulde indtræden i Mars-atmosfæren. Forskere udfører forskellige tests for at evaluere kapslens ydeevne under de ekstreme forhold, den vil støde på i denne kritiske fase af dens mission. Her er nogle af de metoder, der anvendes til at teste de supersoniske dynamiske egenskaber ved Tianwen-1 Mars Entry Capsule:

Vindtunneltestning:

Vindtunneler er jordfaciliteter designet til at simulere de luftstrømsforhold, som kapslen støder på under supersonisk atmosfærisk indtrængen. Skalamodeller eller kopier af kapslen er monteret i testsektionen af ​​vindtunnelen, og højtryksluft eller andre gasser presses gennem tunnelen med supersoniske hastigheder. Denne test giver værdifulde data om kapslens aerodynamiske egenskaber, såsom modstand, løft og stabilitet, under realistiske strømningsforhold.

Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulering:

CFD er et kraftfuldt værktøj til at analysere væskestrømme numerisk ved hjælp af beregningsmetoder. Forskere kan skabe virtuelle modeller af kapslen og simulere dens supersoniske indtræden i Mars atmosfære. Ved at løse komplekse matematiske ligninger hjælper CFD med at forudsige kapslens bane, trykfordeling, varmeoverførsel og andre parametre forbundet med supersonisk flyvning. CFD-simuleringer supplerer vindtunneltest og giver yderligere indsigt i kapslens adfærd.

Flyvetest med klingende raketter:

Sondraketter er et-trins raketter, der kan transportere nyttelast til store højder, og tilbyder en platform til flyvetests under rumnære forhold. Forskere kan bruge raketter til at teste sub-skala prototyper eller komponenter af indgangskapslen. Disse flyvetests giver virkelige data om kapslens supersoniske dynamiske egenskaber, herunder dens aerodynamiske ydeevne, termiske respons og kontrolsystemer. Flytestdata validerer forudsigelserne fra vindtunneltest og CFD-simuleringer.

Droptest med højhøjdeballoner:

Højdeballoner kan løfte nyttelast til stratosfæriske højder, hvilket giver mulighed for faldtest. Underskalamodeller af kapslen er udstyret med sensorer og frigives fra ballonerne i bestemte højder. Under nedstigningen støder modellerne på supersoniske luftstrømsforhold svarende til dem, man oplevede under Mars-indsejlingen. Droptests giver værdifuld information om kapslens dynamiske adfærd, faldskærmsinstallation og overordnede systemydelse.

Termisk test:

Tianwen-1 Mars Entry Capsule står over for ekstremt høje temperaturer under supersonisk indtræden på grund af den intense friktion med atmosfæren. Forskere udfører termiske tests for at evaluere kapslens evne til at modstå disse ekstreme forhold. Varmefluxfaciliteter, buejet-vindtunneler og andre specialiserede opsætninger bruges til at simulere det termiske miljø ved Mars-indtrængen og vurdere kapslens termiske beskyttelsesmaterialer og -strukturer.

Gennem en kombination af vindtunneltest, CFD-simuleringer, flyvetests, faldtests og termiske tests, evaluerer forskere grundigt de supersoniske dynamiske egenskaber ved Tianwen-1 Mars Entry Capsule. Denne strenge testproces hjælper med at mindske risici og sikrer, at kapslen er i stand til sikkert at navigere i udfordringerne ved supersonisk atmosfærisk adgang under sin mission til Mars.