La cápsula de entrada Tianwen-1 Mars aterrizó con éxito en la superficie de Marte en el sur de Utopia planitia el 14 de mayo de 2021 a las 23:18 UTC. Uno de los mayores desafíos que enfrentó es que un cuerpo romo típico como la cápsula sufre inestabilidad dinámica durante el viaje supersónico. Investigar el rango de vuelo inestable de Mach y confirmar el diseño de la forma aerodinámica y las propiedades de masa del módulo de aterrizaje fue clave para lograr la entrada a Marte. En un artículo de investigación publicado recientemente en Space:Science &Technology , Haogong Wei del Instituto de Ingeniería de Sistemas de Naves Espaciales de Beijing realizó una prueba de alcance balístico para capturar las características dinámicas supersónicas de Tianwen-1.

La cápsula de entrada de cuerpo romo de Tianwen-1 se programó para desplegar una lengüeta de ajuste a Mach 2,8 para recortar el ángulo de ataque hacia 0° antes del despliegue del paracaídas a Mach 1,8. Sin embargo, las características dinámicas transónicas y supersónicas de los vehículos de entrada de cuerpo romo son difíciles de calcular mediante métodos numéricos, porque los fenómenos de flujo transitorio e inestable, como la separación, la reconexión, la estela y el tiempo de retardo, son difíciles de capturar con precisión. Por lo tanto, los investigadores prefieren estudiar la dinámica de vuelo a través de métodos de prueba en tierra. Hay tres tipos de pruebas, que incluyen oscilación forzada, oscilación libre y vuelo libre. Sin embargo, es difícil capturar características dinámicas precisas mediante pruebas de oscilación forzada ya que este método induce una perturbación considerable en el campo de flujo. El método de oscilación libre solo se puede utilizar para obtener la respuesta dinámica en un solo grado de libertad, lo que se considera como un método de vuelo libre simplificado. Por lo tanto, el método de vuelo libre, que refleja las características dinámicas reales del modelo dinámico, es una alternativa adecuada.

En este trabajo, los autores realizaron una prueba de alcance balístico de vuelo libre para obtener las características aerodinámicas estáticas y dinámicas de Tianwen-1 en configuraciones recortadas y no recortadas en condiciones supersónicas típicas y para verificar los resultados numéricos del cálculo de la aerodinámica estática y dinámica supersónica. Características de la cápsula. Las pruebas se llevaron a cabo en el campo balístico de vuelo libre de 200 m del Centro de Investigación y Desarrollo Aerodinámico de China. El medio de prueba en la cámara era aire. Las estaciones de medición binocular se instalaron a lo largo de la dirección de vuelo del modelo, que se calibrarían y alinearían con el sistema de coordenadas de referencia base global antes de la prueba. Había dos configuraciones de modelos de prueba a escala:recortados (con la pestaña de ajuste desplegada) y sin recortar (con la pestaña de ajuste doblada).

Primero se estableció el algoritmo de identificación de los parámetros aerodinámicos para la prueba de alcance balístico de vuelo libre:los coeficientes aerodinámicos de los modelos a escala de vuelo libre se derivaron mediante el método de regresión lineal modificado basado en datos de posición y actitud. Los coeficientes estático y dinámico se establecieron bajo el supuesto de linealización de ángulo pequeño. Posteriormente, se realizó el análisis de la posición y actitud, oscilación de actitud, fuerza aerodinámica, estabilidad estática y dinámica de la cápsula y los resultados demostraron que la prueba de alcance balístico captura los comportamientos de actitud y las características aerodinámicas de la cápsula de entrada a Marte Tianwen-1. Los coeficientes de momento de cabeceo y guiñada obtenidos se utilizaron para analizar las características aerodinámicas de la cápsula. La cápsula en configuración recortada es dinámicamente inestable en las direcciones de cabeceo y guiñada, mientras que la configuración no recortada es dinámicamente estable. En ambos casos, la cápsula es estáticamente estable en las direcciones de cabeceo y guiñada.