载人登月舱月面着陆冲击问题分析

载人登月舱月面着陆冲击问题分析

月面着陆是载人月球探测计划的重要环节，也是人类到达月球的重要标志。美国于20世纪60年代初至70年代实施了著名的“阿波罗”载人登月计划，在11次飞行任务中，有6次载人登月，将阿姆斯特朗等12名宇航员成功送上月球。目前，我国已经成功实施无人月球探测计划，即“嫦娥工程”，为将来我国实施载人登月计划奠定了良好基础。

月面着陆冲击问题是载人登月工程面对的技术挑战之一，保障着陆稳定性及减少冲击载荷是问题的关键。在汉斯出版社《国际航空航天科学》期刊中，有论文依据美国阿波罗登月舱公开的技术资料，针对登月舱月面着陆冲击问题展开分析，目的在于借鉴国外成功的经验，为我国载人登月舱月面着陆缓冲系统的设计和性能试验提供参考。

月球表面的地形地貌对登月舱着陆稳定性及冲击载荷均具有重要影响。因为月球上没有类似地球的大气层，登月舱无法利用降落伞进行减速着陆，只能利用火箭发动机产生的反推力减速下降。我国的无人月球探测器采用先进的主动避障着陆技术(光学成像着陆区捕捉技术)，成功地实现了在月球表面的软着陆。未来的载人登月舱由于有宇航员的参与，还可以增加手动操控系统，并与先前积累的主动避障技术相结合，使得登月舱更准确地在预定计划区域着陆或者根据实际情况选择在平坦区域着陆。

载人登月舱的功能不仅要保证宇航员在月面安全着陆，而且还要保证宇航员安全可靠地离开月球。因此，登月舱的设计采用多腿支架形式着陆。这种设计的好处在于：①适应月面地形(坡度)，具有抗倾覆稳定性，防止翻滚；②既可以缓冲，又可以作为从月面点火上升的支架。如果登月舱翻倒，或者倾斜角度过大，则会引起灾难性事故(人回不到地球)。

阿波罗登月舱最初的设计采用由五腿支撑，后来经过减重和稳定性的综合考虑修改为四腿支撑。为增加稳定性和缓冲性能，每个主着陆腿上连结有两个副着陆腿，并在主着陆腿末端设置有足垫。主、副着陆腿中均采用铝蜂窝作为缓冲吸能材料。

我国的无人月球探测器的着陆缓冲机构与此类似。以铝蜂窝为吸能材料的着陆缓冲器比液压式缓冲器、电/磁流变缓冲器等在月球恶劣环境(高低温、真空和低重力)下工作性能更稳定和可靠。因此，载人登月舱着陆缓冲机构的设计应继承这种结构形式，但需要在有效载荷重量和缓冲性能之间权衡，开展优化设计，进一步降低冲击过载。

不同于飞船中的座椅仰卧姿态，宇航员在登月舱中的体姿设置为站姿。这样的改变是基于下列两点考虑：①便于观察着陆点周围的地形地貌；②下降和上升阶段的加速度较小(均在1g以下)。美国Apollo登月舱与前苏联L3登月舱的宇航员均采用站姿。在正常软着陆情况下，由于着陆冲击载荷较小，这种姿态下着陆也能够保证宇航员安全性和可操作性，但在非正常情况下，需要采取冲击防护措施，避免在较大载荷下出现二次撞击损伤。

文章来源：https://doi.org/10.12677/JAST.2020.84009