La sonde chinoise Tianwen-1 Mars a atterri avec succès sur la plaine d'Utopia à 7 h 18, heure de Pékin, le 15 mai 2021. Le taux de réussite des missions sur Mars est d'environ 50 %, et la plupart des échecs se produisent lors de l'entrée, de la descente et de l'atterrissage (EDL ) phase. Les parachutes supersoniques à faible densité jouent un rôle vital dans l'EDL de Mars et déterminent directement le succès de l'ensemble de la mission. Dans un article de recherche récemment publié dans Space :Science &Technology , Mingxing Huang de l'Institut de mécanique spatiale et d'électricité de Pékin a réalisé la conception, le développement et la qualification du parachute Tianwen-1 Mars, qui peut servir de référence pour la création de futurs parachutes d'exploration de Mars.

L'auteur s'est d'abord concentré sur l'analyse et la sélection des types de parachutes martiens. Comparés aux parachutes qui fonctionnent sur Terre, les parachutes de l'atterrisseur sur Mars rencontrent plus de problèmes. D'une part, le vol ouvert du parachute de Mars se caractérise par une vitesse supersonique, une faible densité et une faible pression dynamique. D'autre part, les activités atmosphériques, telles que l'activité des vortex martiens et les tempêtes de poussière, peuvent conduire à des conditions d'ouverture de parachute difficiles. Par conséquent, les difficultés d'ouverture du parachute, le gonflage instable et le coefficient de traînée réduit doivent être pris en compte dans la conception du parachute.

Tous les atterrisseurs étrangers ont réussi un atterrissage en douceur sur Mars ont utilisé le parachute DGB (Disk-Gap-Band), qui a une bonne stabilité et d'excellentes performances de gonflage dans l'environnement de travail supersonique et à faible densité. En raison de ses performances démontrées à haute altitude et de son faible risque technique, le parachute DGB avec des modifications de conception améliorées est sélectionné comme candidat pour la sonde martienne Tianwen-1. Selon le rapport entre la surface de la bande et l'ensemble de la voilure, les parachutes DGB peuvent être divisés en type Viking et en type MPF (Mars Pathfinder).

Le parachute DGB de type Viking a un coefficient de traînée élevé et une faible stabilité, tandis que le MPF et son parachute DGB amélioré ont un coefficient de traînée plus faible mais une meilleure stabilité. De plus, deux idées ont été adoptées pour optimiser et améliorer la structure de parachute DGB existante. L'une consiste à augmenter le coefficient de traînée. La partie disque est ainsi modifiée en une structure avec un coefficient de traînée plus élevé. L'autre consiste à agrandir la surface de la bande pour augmenter la stabilité du parachute, comme l'ajout d'une bande effilée sur la jupe de la voilure. Ainsi, cinq structures de parachute DGB, dont la structure MPF, Viking, hemisflo, triconique et conique, ont été sélectionnées comme candidates.

Ensuite, pour optimiser la structure du parachute Mars, des tests en soufflerie subsonique, transsonique et supersonique ont été effectués pour les cinq parachutes DGB afin d'obtenir leurs coefficients de traînée et leurs angles d'oscillation. Combiné avec les résultats des tests en soufflerie à différents nombres de Mach pour sélectionner un parachute avec de meilleures performances de décélération et de stabilité, le parachute conique DGB était le meilleur parachute de décélération pour le Tianwen-1.

Enfin, pour démontrer la capacité des parachutes DGB coniques à grande échelle dans les conditions de vol de Mars, quatre essais en vol à haute altitude ont été effectués par des fusées-sondes en avril 2018. Pendant le vol, le premier étage a brûlé à des altitudes d'environ 17 km ~ 20 km. , respectivement, la section de charge utile a atteint son apogée entre 49 km et 64 km. Lorsque la charge utile a obtenu la pression dynamique cible et le nombre de Mach, le parachute a été déployé au mortier.

Le déploiement, le gonflage et l'aérodynamique supersonique et subsonique du parachute ont été analysés par une suite d'instruments, y compris un système vidéo à grande vitesse entraîné sur le parachute, un ensemble de broches de charge à l'interface des brides du parachute et de la charge utile, et un GPS et une unité de mesure inertielle (IMU) à bord de la charge utile. Après avoir décéléré à une vitesse subsonique, le parachute et la charge utile sont descendus dans la plage de test pour la récupération. Tous les tests visaient une pression dynamique spécifique au déploiement du parachute pour atteindre une charge souhaitée sur le parachute à gonflage complet.

Les parachutes étaient des tirs de mortier déployés à des pressions dynamiques allant de 100 Pa à 950 Pa et des nombres de Mach compris entre 2,05 et 2,35. En comparaison, le parachute de Tianwen-1 doit pouvoir s'ouvrir de manière fiable dans la plage de Ma1.6~Ma2.3 et la plage de pression dynamique de 250Pa~850Pa. Selon le test d'ouverture à haute altitude effectué sur la Terre et les conditions de travail réelles de Mars, les nombres de Reynolds sont tous deux de l'ordre de 2 × 10 ⁶ . Les résultats des tests indiquent que le coefficient de traînée du parachute DGB conique variait de 0,39 à 0,70 avec le nombre de Mach augmenté de Ma 0,2 à Ma 2,4 et atteignait la valeur maximale de 0,7 à Ma 1,5 ; l'angle d'attaque maximal après le déploiement du parachute est d'environ 20°, qui ont tous démontré que les performances du parachute conique DGB pouvaient répondre aux exigences de décélération de la sonde martienne Tianwen-1.