再过三个月,神秘火星将迎来首位“中国访客”!“天问一号”成功进入环火轨道→

23小时前中国青年网YaaRXnv

在全国人民欢度春节的日子里

中国航天人又做了一件

世界瞩目的大事

我国首个火星探测器

天问一号成功制动捕获

进入环火轨道

再过三个月

红色的火星将迎来首位“中国访客”

天问一号制动捕获演示动画(来源:中国航天科技集团八院)

2021年2月10日19时52分,我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施火星捕获制动,发动机工作约15分钟后,探测器顺利进入近火点高度约400千米、周期约10个地球日、倾角约10o的大椭圆环火轨道,成为我国第一颗人造火星卫星,实现此次任务“绕、着、巡”目标的第一步,成功开启环绕火星模式。

天问一号制动捕获高清效果图(来源:中国航天科技集团八院)

后续天问一号还将经过多次轨道调整,进入火星停泊轨道,开展预选着陆区探测,计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆,开展巡视探测。

火星上是否存在生命?

火星上“哭泣的脸”

是否是外星文明留给人类的警示?

……

要想揭开面纱

首先要达到火星

那么

这次天问一号的火星之旅

有哪些看点

小观带你一起细数

看点一:

不是一次“说走就走”的旅行

去火星旅行,可不像我们外出旅游那么随意,可以说走就走。

那是因为,来场说走就走的火星之旅,难度实在有点大,目前人类的科技还做不到。要想去火星,动辄需要高达70公里/秒的逃逸速度,而目前人类的运载火箭所能提供的最大逃逸速度仅为15公里/秒左右。为了尽量节省能量,我们通常选择“霍曼转移”的方式来实现地火转移,霍曼转移所用的轨道是一近地点在较低高度、远地点在较高高度的椭圆轨道,而这需要等待地球与火星公转到特定的相对位置时发射火星探测器。

霍曼转移轨道

地球的公转周期约365.26天,火星的公转周期约687.99天,因此地火的交会周期为约778天,即约26个月。也就是说,地球与火星每隔26个月才会再次出现一次可通过霍曼转移实现轨道交会的机会,被称之为“发射窗口”,每次的窗口约持续20天。

一旦错过当年的窗口,那就只能等下一个两年后了。比如欧俄联合的ExoMars火星探测器就因为降落伞的问题一直不能解决,只能遗憾地错过2020年7月下旬的窗口,计划推迟到2022年9月。2020年计划中的火星探测任务除了我国以外,还有美国的毅力号火星车、阿联酋的希望号火星环绕器。

根据2020年的发射窗口,中国航天科技集团上海航天技术研究院研制团队完成了地火至火星的转移轨迹设计,为天问一号探测器量身定做一条通往火星的星际高速公路。正是这条高速公路的完美成型,让我国于2020年7月23日如期在海南文昌航天发射场用长征五号将天问一号送入太空。

看点二:

“猪排”地火转移轨迹设计

说到地-火转移轨迹设计,就不能不说到“Pork-Chop”了,即“猪排”。

当然,这肯定不是因为轨道设计师们的饮食口味,而是设计师们在进行行星际探测轨道设计时,会针对不同发射日期与到达日期,绘制所需要发射能量的等高线图,这张等高线图酷似两块猪排,“Pork-Chop”由此在业内叫开。

为了尽可能让火星探测器多带点仪器设备,对火星一次看个够,轨道设计师们需要找到一条最省能量的地火转移轨迹。为此,设计师们首先要将复杂的地火转移轨道设计简化为一个“地球+火星”的二体引力模型,通过求解二体模型中经典的兰伯特问题,得到窗口中每一对发射与到达日期所需要的能量,从而可以绘制出发射能量等高线“猪排”。

地火转移轨道

在“猪排”图上选定的日期作为初值,可以采用微分修正等数学方法,在一定精度的火星探测轨道动力学模型中经过迭代计算,便可以得到用于飞行任务使用的地-火转移轨道设计结果了。

看点三:

必须一次成功的“太空刹车”

2020年7月23日天问一号升空后,以近10万千米/小时(约30千米/秒)的速度沿着地-火高速公路向前飞行。然而,即便以如此高的速度,探测器也要经过约7个月的长途奔波才能到达火星,这时探测器需要完成关键的捕获制动控制。

回顾刚刚完成天问一号制动捕获,火星环绕器当时启动了其配备的发动机进行推力减速,将速度降低至能够被火星引力捕获,最终成为一颗环绕火星的卫星。如果速度太快,探测器当时就会飞越火星继续围绕太阳公转。

打个比方,地火转移轨道就像是一条以太阳为中心的椭圆形闭环高速,火星只是这条高速上的一个出口,一旦探测器不能及时刹车、从火星出口下高速,那就只能多绕一圈,到下次路过该出口了,而这需要数年的等待。

刹车制动

这样的遗憾,已经有不少案例。2010年12月日本的拂晓号金星探测器就由于发动机故障而未能及时完成金星捕获制动,直接飞越金星。直到2015年12月,它才再次回到金星附近,此时它已经接近寿命末期,还好此次捕获成功。

其实,面对这一关键的刹车段,天问一号的研制团队设计了相当靠谱的刹车方案,不仅可以准确判断是否降至目标速度,在发动机推力减速控制的过程中,还可以全自主地对发动机推力的大小和方向进行实时判断,并自主更新刹车参数及相应的控制算法,最终可靠、精准地完成了刹车。

看点四:

精准与可靠兼顾的高难度“跳水”

成功刹车制动后,在无形的火星引力之手牵引下,经过几个月的详细观察与调整后,天问一号将实施火星之旅的另一项关键动作——器器分离。

在约3个小时内,环绕器需要变轨到危险的撞击火星轨道,建立并保持着陆器进入火星大气所需要的姿态,而姿态的误差要小于0.01度。在预定分离时刻,环绕器与着陆器必须完成分离,经过安全距离飘飞过程后,环绕器需要迅速完成推力加速,以回到安全的环绕火星轨道。

环绕器犹如一名优秀的跳水运动员,需要完成一次空中高难度的翻腾和时间精准的入水。环绕器这一系列姿态机动“翻腾”和器器分离“入水”动作必须一气呵成。“入水”太早难以保证着陆器进入精度,“入水”太晚则会造成环绕器撞击火星的风险。

“精准”与“可靠”如何选择?航天设计师们的答案是“我都要”。设计师们仔细考量分离过程的潜在风险,设计了从姿态测量、速度计算、推力输出等各因素出现故障情况下的自主处置预案,使得环绕器在部分推力器或敏感器失效等情况下,既能保证环绕器与着陆器实现准确分离,又能保证分离后环绕器安全返回环火轨道。

这场精妙绝伦的高难度“跳水”,将在3个月后上演,一定不能错过。

为中国航天点赞

这是最棒的新年贺礼!

(来源:上观新闻)

人到中年,往往是上有老、下有小,挣得没有花得多,日子过得捉襟见肘。

如果你觉得自己过得很惨,已经到了走投无路的地步,不妨看看股神巴菲特的“幕后智囊”——查理·芒格的中年。

那时的芒格,一点也不比你好过,却最终顺利翻身,成了金融大鳄,全球富豪。

6岁时,查理·芒格遇到了经济大萧条,父母没了收入,他不得不利用业余时间,到镇上打工贴补家用。连续12小时的高强度工作,只有2美元报酬,还要交2美分当社保金。

后来,芒格上了大学。刚到大二,就发生了珍珠港事件,他又不得不退学入伍。在军队的时候,他遇到了第一任妻子,并有了一个儿子。

退伍后,总该能过正常人的生活了吧?结果芒格又遭遇了“离婚与丧子”的双重打击。为了给儿子治疗白血病,他几乎花掉了所有积蓄。

3年后,芒格遇到了第二任妻子,他带着2个孩子,对方带着2个孩子,他们又生了4个孩子,组成了新的家庭。对于一个刚入行没多久的小律师来说,要同时抚养8个孩子,经济压力可想而知。

芒格的二婚婚礼

这样的经历,如果放在你我身上,恐怕早就绝望了。但芒格却没有被苦难和不幸击倒,正如他的儿子小查尔斯所说:“父亲总是能够义无反顾地摆脱这些悲剧的困扰。”

可芒格到底是怎么做到的呢?

为了找到答案,心眼儿又重读了一遍《穷查理宝典》,仔仔细细地遵循芒格的发展路径,发现了他的2个逆袭秘诀。只要遵循这两个原则行动,哪怕你现在过得很惨,将来也能有机会翻身过上好日子。

原则一:做好手头事
尽管芒格的日子过得艰难,但他一直遵循着父辈教导的“专注做好手头事”,这才帮助自己走出绝路,顺利翻身。

一名律师的眼前事,就是要全力以赴地服务好律所客户。

在芒格还是初级合伙人的时候,曾接了一个案子,客户没说好哪天,就过来讨论计划。

于是,芒格提前加班熬夜,认真研究案情,分析出三种可能的解决方案,并针对每一种方案,给出专业的解决意见。

结果,转天客户就来了。

对方提的果然是芒格前一晚想到的,其中一种方案。这时,资深合伙人就让芒格回去准备方案,让客户明天再过来讨论。芒格却站起来说:“我现在就可以把方案拿出来。”

这让客户非常震惊,也赢得了他的信任。

从那以后,这个客户就指定芒格做他们的委托律师了。

正因为芒格极其认真努力地对待工作,赢得了越来越多客户的信任,有一些人就开始和他在更多的领域进行合作。

而这就为芒格以后赚取更多财富的投资生涯,打开了一扇窗。

做好手头事,听起来很普通,但真正能做到的人,非常少。

很多身处低谷的人会觉得:我现在赚不到钱,都是因为做了这个工作,或者入错了行当。

于是就想着跳槽换工作,或者干脆辞职自己干。

结果却很可能是,越换越糟,最后连老本都赔光了。

芒格的亲身经历则说明,只要你能认真、专注地对待当下的工作,就一定能找到转机。

所以怎么才算做好手头事呢?

方法就是不要太精明。

别天天想着,我付出了多少,得到了多少。

越算计,你心里越不平衡,就会出现懈怠、抵触的情绪,然后就更做不好本职工作,得到的自然就会越少。

一旦进入这个负向循环,再想出来,就非常困难了。

反而,如果你能暂时忽略“钱”上的得失,将注意力放在“把工作做到位”,就相当于启动了一个开关,让自己从负向循环直接切换到正向。

你不仅能从“超预期的工作”中收获“更值钱”的技能,更有可能获得领导、客户的信任,从而顺利走出困境!

原则二:节约支出
光认真做事,坐等好运来,是不够的。

芒格的第二个秘籍,就是要省下所有“不必要开支”,然后将省下的钱,用于投资未来。

有一次,芒格的客户布斯,委托他处理爷爷的遗嘱问题。

在遗产中,有一块加州理工大学街对面的空地。布斯的爸爸觉得没什么用,就准备出手卖了。

而芒格则认定这块空地未来很可能会升值。

20世纪60年代,大量人口正涌入洛杉矶。而加州理工大学恰恰处于洛杉矶郊区的一个枢纽城市,所以芒格判定这块空地未来的价值,他就建议布斯说:“你应当从你爸手里把这块土地给买下,然后自己重建公寓,搞房地产开发。”

可布斯却说:“我没搞过房地产开发,完全不了解,如果你真的觉得这个主意很好,为什么不投钱和我一起做呢?”

芒格听了,笑着说:“我要是连自己的建议都不能实行,岂不是自取其辱?”

就这样,他俩各出资一半,共投入10万美元开始开发楼盘。

结果,不出芒格所料,这个房地产开发大获全胜,他们投入了10万元,最后收回了50万美元。

随后,芒格乘胜追击,紧接着开发了第二栋、第三栋楼……短短的三年时间,芒格就赚到了140万美元,赢得了自己人生的第一桶金。

你可能会说,芒格运气太好了,正赶上地产开发的黄金期。实际上,芒格之所以能抓住这次机会,赢得人生翻盘,最主要的,还是他能拿出最开始的那5万美金的积蓄。

如果没有初始启动资金,即使他判断再准确,地产风口再疯狂,也不会与他有半分钱关系。

可我已经入不敷出了,怎么可能存得下钱呢?这里心眼儿再给你个存钱的方法。

首先,你需要“感知”钱。

很多朋友只知道自己缺钱,但却不清楚自己到底缺多少钱。

所以,第一步你要先梳理下自己的收入、支出,并将其分为“固定”与“随机”两部分。

固定开支像房租、水电、通勤费、餐饮等等。而随机开支则是一些心血来潮的消费,比如说,发了工资就吃顿大餐犒劳下自己。

第二步,就要尽量去掉随机的部分。

要走出困境,肯定需要有“投资未来”的资金。

如果放任自己随意消费,这部分钱就很难存在,也就自然翻不了身。

所以,在还没有等来机遇时,你一定要克制住自己花钱的欲望,把省下来的钱投资未来。

但,这不是说让你去买股票、搞理财。最适合普通人的投资,其实是风险最小的存款,国债之类的。但是,千万别忘了留一部分资金用于投资自己。

如果不是长期坚持读书,阅读各类资料,芒格也不会有投资地产的眼光与魄力。

性价比最高的投资,就是投资自己。

毕竟,能帮你走出低谷的,只有你自己!

写在最后
人到中年,总有各种说不出的苦难与艰辛。

牛人、普通人都一样,无一例外。

只不过,牛人能利用自己的智慧与行动力,顺利走出来。

而大部分人则在社会的毒打下,屈服认输了。

如果你正在经历着中年危机,不妨尝试下今天的两个方法,做好当下之事,然后尽力省钱投资未来,说不定,下一个逆风起飞的,就是你!

【厉害了我的国,中国斜爆震发动机(中)】

PDE与二战时代的脉冲喷气发动机有传承关系,但不是一回事。德国V-1导弹是首先使用脉冲喷气发动机的飞行器,有进气阀,但排气端是直通环境大气的。在工作时,进气阀周期性打开,进气在冲压和排气的抽吸作用下进入燃烧室,在与燃料混合的同时进气阀关闭,油气混合体点燃后燃烧膨胀,从尾部喷出,同时打开进气阀,开始下一个循环。这样的间隙工作形成独特的“啪啪”声,伦敦人民一听到这声音,就必须赶紧跑防空了。脉动喷气发动机的结构比涡轮喷气发动机简单得多,但在燃烧膨胀的同时已经开始喷气,漏气损失可观,油耗很大,限制了进一步发展。

要是在脉冲喷气发动机的排气端也加上排气阀,与进气阀交替开关,在两头关闭期间进行封闭的爆震燃烧,就避免了的漏气问题,不仅大大提高排气压力,热效率还显著高于涡轮类喷气发动机。当然,实际PDE并没有排气阀,而是通过爆震燃烧近似等容燃烧的性质“自然封闭”,也就是说,利用燃烧速度大大高于压力波速度的特点,把慢吞吞的压力波锋面当作近似固定的虚拟容器壁了。这就是爆震冲压发动机了。与涡喷适合高速、涡扇适合中低速不同,PDE对飞行速度较不敏感,在理论上可以从零到M4以上的全范围工作。PDE与脉冲喷气发动机的区别则像内燃机与蒸汽机的区别,前者是等容燃烧,后者是等压燃烧。PDE是未来航空动力的重要研究方向。

如果能做到精确控制时序的话,PDE的进气端都不需要机械的阀门闭锁。俄罗斯发明的超音速爆震发动机用周期性地改变预混合气体浓度的方法,使得燃烧模式在爆震和燃烧之间交替,周期性地将爆震波的锋面扩张、收缩,形成PDE循环。这是很精妙的设计,但还停留在理论层面。

PDE还是间隙工作的。实际PDE的工作频率较高,可能高达每秒100次,与连续推力实际上无差别,间隙推力并无大碍,但回旋爆震发动机(简称RDE)就是连续推力。RDE把PDE的轴向爆震改成连续旋转的径向爆震,连续的爆震在形成和扩散中后波推前波,使得爆震波在环形燃烧室里在像螺旋线一样斜向向后扩散中,一边回转,一边向后运动,在喷出的时候产生轴向的连续推力,而且避免了PDE间隙推力的缺点。

回转爆震发动机(RDE)的推力是连续的。蓝色为未燃的预混合气体,红蓝界面是爆震波位置,蓝线是爆震波沿管壁的运动轨迹,绿线是爆震产生的激波在管壁上的轨迹,管内红色由深变浅显示温度逐渐降低和压力释放的过程,每一个圆孔都是“进气口”,所有进气口同时工作,各自形成爆震波

RDE是当前研发比较活跃的方面,中国自然不会落后。国防科技大学从2009年就开始研究RDE,在2017年的厦门高超音速国际大会上展示了660毫米直径的试验性样机,采用液氢或者乙烯燃料,在M4.5和18500米的台架和飞行条件下产生了静推力。

PDE和RDE都适合M5-6以下的准高超飞行,更高速度还是需要斜爆震发动机(简称ODE),也称驻定斜爆震冲压发动机(简称SODRAMJET)或者斜爆震波发动机(简称ODWE)。ODE利用一道或者多道斜激波对气流进行压缩,激波后的流动混合作用正好把燃料和空气混合均匀,下一道激波的高温高压正好点燃,然后在稍后的一个极薄锋面上产生爆震,形成推力。为了改善和在更大范围内可靠诱燃和起爆,也有用激光、热射流、磁流体点燃的。

但ODE也是最难工程实现的,斜激波的起爆和激波、爆震波的驻定(维持在特定位置和角度)都高度依赖超音速条件,而且推进系统与飞行器设计高度整合。首先是理论上还有很多未知,难以精确分析和设计;其次是高超音速风洞是与高超音速推进同等级的世界难题,难以实验研究和具体测试。现在常用子弹模拟。这倒是成本低,容易实现,但子弹只能产生圆锥激波,与斜爆震的平面激波不是一回事,再近似、再等效总是不够给力。还有实际流动中的边界层和湍流问题,激波和爆震波在壁面的反射问题和动态稳定性问题。

工程实现有多少难题谁都知道,可贵的是工程样机做出来了,还在高超音速条件下测试成功了。这才是姜宗林团队的厉害之处。斜激波在理论上可以达到M16以上,但当前世界最高水平的高超音速风洞在中国,还只能达到M9,现阶段的实验只能到M9为止。中国已经在建M16一级的风洞,预计将继续推动高超音速推进的研究。

姜宗林团队的成果有两个世界第一:
斜爆震发动机试验成功,
中国能提供必要的高超音速风洞給斜爆震发动机测试

这两个都是了不起的成就,值得在世界上吼一嗓子:“厉害了,中国!”一定会有人说,ODE的基本概念“人家外国人”早就发明了,现在不过是做出来了,没什么稀奇的。这是不对的。爱因斯坦发明了相对论,奠定了原子弹的理论基础,但直到费米建立了可控的核反应,才有曼哈顿计划才做出了原子弹的事情。每一步都是了不起的成就,不存在理论发明在先所以工程实现就不值一提的事情。姜宗林团队还没有到发明原子弹的地步,但相当于费米在芝加哥大学运动场看台下的第一台反应堆。
(晨枫老苑)

#发动机##斜爆震发动机##不止飞行#


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