“天问一号”成功**火星“陕西造”变推力发动机成“金牌刹车片”
2021年5月15日7时18分，天问一号着陆巡视器与环绕器实现分离，成功软着陆于火星表面，着陆后，“祝融号”火星车成功传回了遥测信号。这是人类航天史上的又一次壮举，是我国航天史上又一重要里程碑。“陕西造”7500N变推力发动机成了这次火星探索任务最后阶段的“金牌刹车片”。
火星着陆有多难？
短短9分钟内，必须将两万多公里的时速降为零
探测器要想成功着陆火星，需要在短短9分钟时间内，将两万多公里的时速降为零，其间需要经历气动减速、降落伞减速、动力减速、着陆缓冲等多个环节，任何一个环节失误都意味着**失败。
经过一系列减速措施，“天问一号”来到距离火星表面约2公里处，以约100m/s的速度不断接近火星表面。这个速度相当于目前我国高铁的最高运行时速。由航天科技集团第六研究院研制的7500N变推力发动机就是最后动力减速环节的主要工具，成为了这次火星探索任务的“金牌刹车片”。
“天问一号”采用的是由液体火箭发动机提供反推力的方式来实施最后的减速，此方法已在嫦娥三、四、五号探测器落月过程中连续三次成功实施，火星着陆巡视器7500N变推力发动机正是落月用变推力发动机的2.0版。
为了满足火星探测器安装结构要求和减重需求，并提升发动机性能，研制团队首次在我国开展深空探测的航天器上将推进分**发动机燃烧室从以往的低室压方案改进为中室压方案，从而保证了相同推力情况下，发动机体积更小、性能更高。加上不断创新和优化生产工艺，有效实现了推进分**的轻质化需求。
制造过程中，改进型7500N变推力发动机与以往7500N发动机的性能和推力一样，但重量和体积只有以前发动机的三分之一，结构也更加优化、紧凑。发动机的对接法兰框还首次采用3D打印技术，“一次打印成型”避免大余量去除原实心棒材或锻件引起的变形，也保证了发动机与总体对接的质量稳定性。
7500N变推力发动机从1.0版升级到2.0版
解决了30分钟超长通讯时延和“平稳送达”等四大难题
之所以要从1.0升级到2.0，是因为火星表面软着陆的难度升级了。
首先，火星实在太远了。月球与地球的平均距离为38万千米，而火星与地球的距离在5000万至4亿千米左右，远远超过地月距离。在地球上，最多0.13秒能实现任意两点通讯，地月之间需要2.5秒，但当“天问一号”需要在火星着陆时，火星与地球的距离为3亿千米，完成一次通讯需要30分钟。也就是说，信号还没跑到地球，探测器已经“收工”了。对于身在遥远异乡的小家伙，这一段路得自己*心，每一次推力的变化必须非常迅速、精准，发动机需要很“听话”。
会不会频繁猛踩刹车，是我们评判一个司机驾驶技术好坏的重要指标之一。同样，为了减少降落过程中对着陆巡视器的冲击，将“乘客”平稳送达，发动机采用了“长距离轻刹车”的技巧。在降落过程中，雷达等探测设备会像眼睛一样盯着火星地面，测量巡视器距离地面高度等参数，这些参数进入GNC**，由这个睿智的“大脑”计算出对发动机的推力要求。发动机会按照预设的时序和实时的指令完成变推力调节，让着陆巡视器慢下来，最后以很低的速度稳稳落在火星表面。
火星表面软着陆的另一个难点在于，月球表面近似真空，而火星表面有一层稀薄的大气。在降落过程中，着陆器与火星表面的大气会剧烈摩擦，为了防止被“烧糊”，着陆器上增加了一个防热大底，原本可以“伸出去”的发动机被“兜起来”了。有限的舱体空间**着发动机的尺寸，“天问一号”探测器变推力发动机的高度比“嫦娥三号”探测器变推力发动机要缩小超60%，推力等主要性能指标却保持不变，“小个子”要爆发出“大能量”，这意味着发动机必须更结实。
去一趟火星不容易，但“天问一号”能携带“乘客”的总重量却是有限的。科研人员从发动机的原理入手，按照任务的需求和特点，对**参数和总装布局进行了优化，既保证了功能，又增加了一些新技术，应用了一些新材料，发动机没有“长肉”“增肌”，重量还减少了2/3，为其他“乘客”让了让“座”，进一步发扬了变推力发动机高性能、长寿命、高可靠的特点，一举解决了上述问题。
华商报记者 马虎振（航天科技六院供图）
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