““嫦娥”该怎么优雅地返回地球”

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从2019年1月3日登月到1月11日，实现了与玉兔2号的相互拍摄，我国嫦娥4号探测器圆满完成了此次登月任务。 作为世界上第一艘软着陆、巡视探测的宇宙飞船，嫦娥四号此次着陆为盲着陆。

在人类完全不知道的月亮背面，风不大吗？ 地面不平坦吗？ 土很软吗？ 未来嫦娥五号以什么姿势回归人类更安全优雅？ 这些都是科研人员嫦娥必须照顾的细节。

天津大学教授崔玉红和王建山的空间力学团队在羽流和月壤的相互作用、月貌区、稳定性试验面、嫦娥着陆器的姿态和稳定性解体和着陆面力学环境地面试验等方面做了大量工作，协助嫦娥3号和嫦娥4号顺利登月。 许多成果也将应用于计划于2019年底发射的嫦娥五号和年前后实施的火星探测计划。

月真空环境下，高速高温的发动机向外部真空环境膨胀扩散，形成羽毛状流场，称为羽流。 羽流会引起月尘的大面积扩散和离子污染，严重时会影响着陆器的安全着陆。 嫦娥在月球环境着陆中，羽流与月尘之间的作用如何真实再现？

天津大学空间力学小组提出了考虑月壤粒子被羽流破坏卷起，在真空环境下月壤粒子间碰撞、扩散及双向能量耦合的新计算方法，揭示了羽流与月尘之间相互作用的力学规律 该方法不仅适用于连续区域，也适用于非连续区域的月壤粒子计算，比较准确地模拟了羽流和月壤粒子的相互作用过程。

由于问题多、计算条件和做法的限制，相关计算问题在20世纪60年代美国阿波罗登月时提出，并未得到确定处理。 从20世纪80年代开始，学者相继提出了一些计算方法，但也存在一定的限制。 天津大学空间力学小组首次使用该流固耦合方法分析了真空环境中的月壤粒子运动，所得数值计算结果与美国阿波罗11号实测数据基本一致。

但是，月球上的土壤是什么样的？ 这在很大程度上决定了嫦娥用什么方法安全着陆月球。 在登月之前，用什么材料可以模拟最真实的月球土壤？

空间力学小组通过数值分析选定了能够模拟月球土壤的试验材料。 小组通过大量实验，查明了可用于模拟月球土壤材料的候选试验材料，使用了较大的变形几何关系，考虑了弹性、塑性变形、摩擦接触等因素，并通过数值计算，模拟了各种候选材料在着陆脚底部冲击力作用下的受力和变形。 分析各种替代材料的受力和变形特征，根据试验技术的要求，优化选用能模拟月壤的适用材料。

最后，小组研制了一种用于悬停避障缓速下降试验的月球表面，根据月球对微波和激光以及光学传感器的反射特征要求，模拟月球表面的多种地形(包括石头、凹坑、坡度等)，进行了模拟月球表面区的实验研究和数值模拟 除此之外，空间力学小组也对嫦娥着陆面力学环境地面进行了多次着陆冲击试验，验证了单机加速度力学条件的正确性。 试验后的太阳翼、定向天线、转移机构等展开性能正常。 osr (室外、生存、救助)、电池耗尽检查未损坏。 推进系统、热管等泄漏率指标满足要求完成了着陆冲击试验中着陆床的研制等。

针对落地时嫦娥着陆脚底部选用什么材料更稳定的问题，小组根据地面模拟的要求，模拟了地球重力的六分之一边界条件，对于通过科学力学分解选定嫦娥最舒适的鞋至关重要

按照中国月球探测项目的环绕计划，2019年发射的嫦娥五号将完成月球表面采样并返回任务。 嫦娥以什么姿势返回地球最安全优雅？

空之间的力学小组，在着陆器的姿态和稳定性解体方面，完成了月球着陆器返回地球大气层后的姿态和稳定性解体，验证了各导航传感器的静态和动态性能。 对月球着陆器的发动机喷管返回地球大气层后的各种姿态进行了二维和三维建模和数值模拟，同时模拟计算了月球着陆器发动机不同高度条件下的推力、比冲等特征参数，并与热空间力计算结果进行了比较 这项研究将用于嫦娥五号和未来嫦娥六号的研制。

不久前，我国宣布将于年前后实施首次火星探测任务。 天津大学空间力学团队目前正在承担模拟火星土壤等的一部分事业，致力于年火星探测任务。 (记者胡春艳)

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