La capsula d'ingresso di Marte Tianwen-1 è atterrata con successo sulla superficie di Marte nell'Utopia planitia meridionale il 14 maggio 2021 alle 23:18 UTC. Una delle maggiori sfide che ha dovuto affrontare è che un tipico corpo contundente come la capsula soffre di instabilità dinamica durante il viaggio supersonico. Indagare sull'instabile gamma di volo di Mach e confermare il design della forma aerodinamica e delle proprietà di massa del lander è stata la chiave per ottenere l'ingresso su Marte. In un documento di ricerca recentemente pubblicato su Spazio:scienza e tecnologia , Haogong Wei del Beijing Institute of Spacecraft System Engineering ha condotto un test di portata balistica per catturare le caratteristiche dinamiche supersoniche di Tianwen-1.

La capsula di ingresso del corpo smussato di Tianwen-1 è stata programmata per aprire un trim tab a Mach 2,8 per ridurre l'angolo di attacco verso 0° prima del dispiegamento del paracadute a Mach 1,8. Tuttavia, le caratteristiche dinamiche transoniche e supersoniche dei veicoli a corpo contundente sono difficili da calcolare con metodi numerici, poiché i fenomeni di flusso transitori e instabili come separazione, riattacco, scia e ritardo sono difficili da catturare con precisione. Pertanto, i ricercatori preferiscono studiare le dinamiche di volo tramite metodi di test a terra. Esistono tre tipi di test, tra cui oscillazione forzata, oscillazione libera e volo libero. Tuttavia, è difficile acquisire caratteristiche dinamiche accurate mediante prove di oscillazione forzata poiché questo metodo induce notevoli disturbi al campo di flusso. Il metodo dell'oscillazione libera può essere utilizzato solo per ottenere la risposta dinamica in un unico grado di libertà, che è considerato un metodo di volo libero semplificato. Pertanto, il metodo del volo libero, che riflette le reali caratteristiche dinamiche del modello dinamico, è un'alternativa appropriata.

In questo lavoro, gli autori hanno condotto un test di portata balistica in volo libero al fine di ottenere le caratteristiche aerodinamiche statiche e dinamiche di Tianwen-1 in configurazioni tagliate e non tagliate in condizioni tipiche supersoniche e per verificare i risultati del calcolo numerico dell'aerodinamica supersonica statica e dinamica caratteristiche della capsula. I test sono stati effettuati nella gamma balistica di volo libero di 200 m del Centro di ricerca e sviluppo aerodinamico cinese. Il mezzo di prova nella camera era l'aria. Le stazioni di misurazione binoculare sono state installate lungo la direzione di volo del modello, che sarebbe stata calibrata e allineata al sistema di coordinate di riferimento di base globale prima del test. C'erano due configurazioni di modelli di prova in scala:tagliato (con correttore di assetto dispiegato) e non tagliato (con correttore di assetto piegato).

L'algoritmo di identificazione dei parametri aerodinamici per il test della portata balistica in volo libero è stato stabilito per primo:i coefficienti aerodinamici dei modelli in scala di volo libero sono stati derivati ​​mediante un metodo di regressione lineare modificato basato su dati di posizione e assetto. I coefficienti statici e dinamici sono stati stabiliti nell'ipotesi di linearizzazione di piccoli angoli. Successivamente, sono state effettuate l'analisi della posizione e dell'assetto, dell'oscillazione dell'assetto, della forza aerodinamica, della stabilità statica e dinamica della capsula ei risultati hanno dimostrato che il test della portata balistica cattura i comportamenti di assetto e le caratteristiche aerodinamiche della capsula d'ingresso Tianwen-1 Mars. I coefficienti del momento di beccheggio e imbardata ottenuti sono stati usati per discutere le caratteristiche aerodinamiche della capsula. La capsula in configurazione trimmata è dinamicamente instabile nelle direzioni di beccheggio e imbardata, mentre la configurazione non trimmata è dinamicamente stabile. In entrambi i casi, la capsula è staticamente stabile nelle direzioni di beccheggio e imbardata.