航天器安全气囊软化了火星的打击

由Rivellini的安全气囊提供的固体推进剂后退装置可以最终减速，弹跳，打滑和滚动。安全气囊子系统由四个袋子组成，每个袋子由六个1.8米直径的球形凸起组成，在1米中心处以台球架配置排列。每个袋子都连接到一个四面体着陆器的四个扁平三角形面上。内部通风口共用每个安全气囊441立方英尺的体积，允许在撞击过程中对所有体积进行操作。内部和外部绳索和钢筋系统抑制薄膜载荷，加强安全气囊，并将其连接到着陆器。使用充气机，坚固的子系统重98千克。

ILC Dover(德国弗雷德里卡)使用由Hoechst-Celanese生产的液晶聚合物纤维四层Vectran(R)制造气囊。早期原型由Kevlar(R)制成，但Kevlar对抗弯曲开裂的低抗性导致沿折叠失效。为了保持气体压力，硅树脂涂覆Vectran的最里面的囊层。

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定制气体发生器(来自Thiokol Corp.)在1.5秒内将1,764立方英尺的安全气囊填充至1.0 psi。基本上是小型固体推进剂火箭，它们的排气通过一个含有专有吸热化合物的冷却剂室，可将填充气体温度降低到可接受的水平。缓慢的谷物继续燃烧另外20秒，以解释戏剧性的大气冷却，否则在探路者滚动到停止时会使袋子放气。

Rivellini的工作并没有在着陆后结束。现在必须缩回在着陆器周围覆盖的数百磅织物。“你能想象到达那里并且无法将着陆器从安全气囊中取出来吗?”里维利尼反问道。

在设想一种合理的方法之前，他研究了这个问题几周，建立了垃圾袋，缎带和绳子的模型。它由每个袋子中的五根细的Vectran绳索组成(底座中有四根)，通过缝合在织物中的环以锯齿形图案穿过。绳索在绞盘上合并在一起，通过高比率齿轮传动产生数百磅的力。完全收回大约需要两个小时。

此时，着陆器四面体形状的重要性变得明显。随着安全气囊缩回，面板一个接一个地打开，无论原始方向如何，都会自动调整着陆器。

在现实条件下测试安全气囊非常困难。早期测试发生在桑迪亚国家实验室，导致从大型三瓣设计变为更紧凑的六瓣。然后，工程师们在美国最大的真空室中制作了一个全尺寸的冲击测试实例，这是一个100英尺宽，120英尺高的洞穴，位于美国宇航局刘易斯的Plum Brook站。Rivellini说：“火星拥有地球大气层的1/100，并模拟气体动力学和物理学在近真空中必须做的影响。”

由巨大的弹性减震绳推动，对着60度倾斜的平台，散落着锯齿状的巨石，速度高达27米/秒(60英里/小时)，安全气囊撕裂并失效。尝试了数十种不同的织物组合。最终，Rivellini计算出它们可以将填充压力从1.5 psi降低到1.0 psi，他选择了一种带有四层Vectran(200旦尼尔)的设计，令人惊讶的是，它的性能优于单层750旦尼尔面料。他说：“让你的包裹承受60英里每小时的冲击力，极其水平的速度超过岩石，当你刚拿起它们时会割伤你的手，绝对是最大的挑战。”

虽然这将是第一次使用安全气囊着陆系统，但工程师的工作基于1966年进行的JPL研究.Sandia，JPL和Rockwell使用ABAQUS，ADAMS和DYNA-3D进行的大量超级计算机建模有助于安全气囊的尺寸调整，但是证明不足以精确模拟恶劣的着陆条件。Rivellini说：“我们处于织物和气体发生器的最低温度极限，并且达到最极端的地形，”我们对所有事物都施加了限制。

Tom Rivellini拥有锡拉丘兹大学的本科学位和德克萨斯大学奥斯汀分校的硕士学位，均为航空航天工程。他自1991年以来一直在JPL工作，并设计了几个飞行和技术项目的方面，其中包括：MSTI Scout，1992年发射的早期地球轨道仪器测试平台;火星探路者;新千年火星微探针;用于探路者的Rocky IV微型演示器;和冥王星快速飞行任务。