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由大学生制作的火星探测概念车搭载探空火箭升空

时间:2017年05月31日 信息来源:NASA中文 点击: 【字体:

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弗吉尼亚理工大学的学生们正在现场观看黑雁9号探空火箭(Black Brant IX sounding rocket)搭载他们制作火星探测概念车(Mars rover concepts)从弗吉尼亚州NASA沃洛普斯飞行基地(NASA's Wallops Flight Facility)发射升空。图片来源:NASA/Allison Stancil


见证火箭发射是一种特殊的经历,而现场观看火箭运载自己制造的器材发射升空则是无价的经历。


对弗吉尼亚州汉普顿NASA兰利研究中心(NASA’s Langley Research Center)的研究员、弗吉尼亚理工大学和佛罗里达中部大学的学生来说,那就是他们周二在弗吉尼亚州NASA沃洛普斯飞行基地(NASA’s Wallops Flight Facility)观看探空火箭发射时的感受。


“极少数学生有机会参与设备设计,并由NASA的火箭搭载升空。”Jamshid Samareh说。他在NASA兰利研究中心的系统分析与概念模型指挥部(Systems Analysis and Concepts Directorate,SACD)担任研究工程师。


通过NASA的SACD内部研发计划提供的资助,此项目已经见证了30余名弗吉尼亚理工大学学生和1名佛罗里达中部大学学生开展火星探测车的概念化和设计,并通过3D打印技术制作具有可行性的火星车测试模型。


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NASA兰利研究中心工程师Jamshid Samareh正在展示此项目中由学生制做的缩小版火星车概念模型。图片来源: NASA/David C. Bowman


火星探测车概念来源于具备可折叠部件的房车(recreational vehicles,RV),与可折叠部件更易被运输到火星这一理念相符。这一概念车具有与房车相似的可弹出部件,能够在火星上一次性展开。

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弗吉尼亚理工大学的学生正在组装他们的概念车。图片来源: 由Ian Stewart免费提供


“当创造力被可行性所限制时,你总会感觉充满了乐趣与挑战性,更不用说这些工作看起来总是那么酷。”佛罗里达中部大学学生J.T. Madigan说。


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NASA兰利研究中心工程师Jamshid Samareh(左一)在火箭成功发射后与弗吉尼亚理工大学学生合影留念。图片来源: 由Jamshid Samareh免费提供


测试模型搭载56英尺(17.07米)高的黑雁9号探空火箭(Black Brant IX sounding rocket)升空,此次发射也是SubTec-7装载任务的一部分。


基于房车制做的火星探测概念车只是重约1200磅(544.31公斤)的装载货物的一部分,这批货物将飞至海拔154英里(247.84公里)的至高点后打开降落伞进入下降过程,并将落入大西洋,进而被收回。SubTec-7为20多项技术提供飞行测试,旨在提高探空火箭和航天器的性能。


一枚探空火箭在身处太空的时间非常短暂,一般来说只有5到20分钟,相较于入轨与越轨火箭,探空火箭的速度也更低一些。这为成功进行科学实验提供了十分充分(有时甚至是极为理想)的条件。


解决装载问题


在兰利研究中心任职期间,Samareh参与过很多项目,他说把设备安全高效地运送到火星这颗红色星球是更大的挑战。


“我们不断地遭遇各种问题,其中就有装载问题”,他说,“我们的火箭要装载大宗货物-探测车、居住设施等等。我们想把这些货物置于装载火箭前端。”


解决问题的动力引领着由弗吉尼亚理工大学和佛罗里达中部大学的本科生及研究生组成的团队在校内对此进行研究,兰利研究中心的研究员提供了相应的支持。


研究员和学生运用计算机辅助设计(Computer-Aided Design, CAD)软件设计了18款火星探测概念车,并对其中4款进行了制做、组装和测试,之后这4款概念车被送往沃洛普斯进行探空火箭飞行测试。


“我一直以为重量是太空飞行的限制因素”,弗吉尼亚理工大学学生、研究团队中的研究生顾问Alex Matta说,“但通过参与这个项目,我明白了减轻货物体积也同样重要。”


“我们希望火星车这个大家伙能够搭上装载火箭,无论以什么方式。”Samareh说。


本次项目的目标是研发质量过硬、可展开的火星探测概念车,借此提升着陆车装载效率以及进入火星大气层、降落、着陆以及大气俘获各阶段的空气动力稳定性。大气俘获是指人工遥控航天器进入行星或者月球轨道,在入轨过程中,借助目的地大气层实现减速。


几十年之前的火星探测概念车并不像现在这样精致,他们体积庞大而且非常笨重,Samareh不想再重制那样的火星车了。


“以前的火星车设计得不切实际,它们无法被高效装载。”他说。


纵观可展开火星探测车的设计进化历程,最初版本非常简单,现在有了许多高度、宽度以及重量方面的改进,旨在使火星车能够进入装载火箭并占据尽可能小的空间。


“任何一种类型的发射任务所占用的不动产资源都十分宝贵,所以我们这样一个创新型项目能被获准使用飞行测试硬件非常棒。”Madigan说。


Samareh鼓励这些学生提出他们能想到的所有疯狂的点子,这样他们就可以从中选取一些点子进行具体的研究。“他们想出的点子我都想不到”,他说,“他们的思想非常不一样,(鼓励他们提出想法)效果非常不错。”


基于房车部分理念设计的火星探测概念车也得到了除NASA以外的机构的认可,该设计赢得了4月份举办的美国航空学院与航空1号领域学生论文会议本科生组第一名的殊荣。


当所有工作都尘埃落定,在沃洛普斯发射现场,看到学生们脸上兴奋的神情,这是“最大的回报”,Samareh说。他还说,那些设计并不是唯一的价值所在,更重要的是让学生参与到NASA的工作中,让他们对航天事业充满更高层次的动力。


“我们从他们身上学到了许多东西,他们从我们身上也收获不少。”


(作者:编辑:Eric Gillard 译者:StereoX 校对:柯宁)
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