A cápsula de entrada Tianwen-1 Mars pousou com sucesso na superfície de Marte no sul de Utopia planitia em 14 de maio de 2021 às 23:18 UTC. Um dos maiores desafios enfrentados é que um corpo rombudo típico, como a cápsula, sofre instabilidade dinâmica durante viagens supersônicas. Investigar a instável faixa de voo de Mach e confirmar o design da forma aerodinâmica do módulo de pouso e propriedades de massa foi fundamental para alcançar a entrada em Marte. Em um artigo de pesquisa publicado recentemente em Space:Science &Technology , Haogong Wei do Instituto de Engenharia de Sistemas de Naves Espaciais de Pequim realizou um teste de alcance balístico para capturar as características dinâmicas supersônicas de Tianwen-1.
A cápsula de entrada do corpo sem corte do Tianwen-1 foi programada para desdobrar um compensador em Mach 2,8 para reduzir o ângulo de ataque em direção a 0° antes do lançamento do pára-quedas em Mach 1,8. No entanto, as características dinâmicas transônicas e supersônicas de veículos de entrada de corpo cego são difíceis de calcular por métodos numéricos, porque fenômenos de fluxo transitório e instável, como separação, religação, esteira e atraso de tempo, são difíceis de capturar com precisão. Portanto, os pesquisadores preferem estudar a dinâmica de voo por meio de métodos de teste em solo. Existem três tipos de testes, incluindo oscilação forçada, oscilação livre e voo livre. No entanto, é difícil capturar características dinâmicas precisas por testes de oscilação forçada, uma vez que este método induz uma perturbação considerável no campo de fluxo. O método de oscilação livre só pode ser usado para obter a resposta dinâmica em um único grau de liberdade, que é considerado como um método de voo livre simplificado. Assim, o método de voo livre, que reflete as características dinâmicas reais do modelo dinâmico, é uma alternativa adequada.

Neste trabalho, os autores conduziram um teste de alcance balístico de voo livre para obter as características aerodinâmicas estáticas e dinâmicas do Tianwen-1 em configurações aparadas e não aparadas sob condições supersônicas típicas e para verificar os resultados do cálculo numérico da aerodinâmica estática e dinâmica supersônica. características da cápsula. Os testes foram realizados na Faixa Balística de Voo Livre de 200m do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Aerodinâmica da China. O meio de teste na câmara era o ar. As estações de medição binocular foram instaladas ao longo da direção de voo do modelo, que seria calibrada e alinhada ao sistema de coordenadas de referência de base global antes do teste. Havia duas configurações de modelos de teste em escala:aparado (com o compensador implantado) e não aparado (com o compensador dobrado).

O algoritmo de identificação dos parâmetros aerodinâmicos para o teste de alcance balístico de voo livre foi estabelecido primeiro:Os coeficientes aerodinâmicos dos modelos escalonados de voo livre foram derivados pelo método de regressão linear modificado baseado em dados de posição e atitude. Os coeficientes Estático e Dinâmico foram estabelecidos sob a suposição de linearização de pequenos ângulos. Em seguida, foi feita a análise da posição e atitude, oscilação de atitude, força aerodinâmica, estabilidade estática e dinâmica da cápsula e os resultados demonstraram que o teste de alcance balístico captura os comportamentos de atitude e características aerodinâmicas da cápsula de entrada Tianwen-1 Mars. Os coeficientes de passo e momento de guinada obtidos foram usados ​​para discutir as características aerodinâmicas da cápsula. A cápsula na configuração aparada é dinamicamente instável nas direções de inclinação e guinada, enquanto a configuração não aparada é dinamicamente estável. Em ambos os casos, a cápsula é estaticamente estável nas direções de inclinação e guinada.