12月14日晚，我国发射的第一个月球着陆器“嫦娥三号”成功降落在月球上，整个着陆过程平稳，着陆器姿态倾角2度以内，着陆区内地势平缓，这标志着我国航天工程再次取得重大进展，首次实现地外星球软着陆。

此次登月过程中，航院喷雾燃烧与推进实验室的张会强教授、王兵副教授课题组参与了变推力发动机的自主研制工作。郑钢铁教授课题组研制了检测敏感器所需要的着陆扰振模拟器。任革学教授课题组为某部门探测器着陆阶段的地面飞行模拟系统的设计进行了多体动力学建模和控制仿真，其中用到该课题组积累的复杂变长度索系的动力学与控制技术。 同时还曾为用于嫦娥探月的50米口径射电望远镜进行吊装过程的力学分析。

由于月球没有大气，因此在落月过程中需要全程提供可变的制动力，是实现安全落月的关键。该制动力由7500牛顿变推力下降发动机提供，它是我国航天器上首次使用的大变推比发动机。

变推力发动机与我国现有的具有固定构型喷注器的发动机不同，其喷注器采用针栓式结构，在工作时能够调节喷嘴的流通面积，从而实现1500牛顿到7500牛顿大范围推力的连续调节。正是因为研制难度大，承担该型号发动机工程单位，在研制过程中遇到了热防护失效和发动机工作不稳定等技术难题。为了阐明这些技术问题的物理机制，工程单位在国内经过广泛调研与技术蹉商后，最终确立了与我校航院张会强教授、王兵副教授课题组合作，开展变推力发动机燃烧室工作过程的基础研究，并针对变推力发动机研制一款专门的仿真软件，用于揭示推力室内发生的复杂雾化和燃烧过程，指导工程人员的设计。虽然实验室多年积累的基础研究成果具备转化为一款专业仿真软件的能力，但是难度大、时间紧、任务重，难于一步到位。两年来，研究团队与工程协同合作，采用边建设、边使用，边仿真、边改进的方式，成功实现了复杂针栓式推力室内气液两相湍流燃烧过程的仿真，不仅清晰的揭示出推力室内喷雾燃烧过程的特点，而且总结出了发动机推力室的热环境规律，为推力室选型、针栓喷注器燃料和氧化剂匹配和发动机工作参数优化提供了定量依据。仿真软件研制过程中产生的大量数据也帮助工程研制人员深入掌握了变推力发动机工作的物理本质，使改进设计方式和技术手段做到了有据可依、有理可依，大大降低了研制成本、加快了研制速度。

长征三号运载火箭成功发射之后，嫦娥三号卫星进入地球轨道，随后进行的月球轨道和落月轨道转移都是由另外一款490牛顿发动机来实现的。此前，针对该发动机，工程单位发现在气温较低时试车性能常常不合格，导致产品无法交付。针对该问题，工程单位曾在全行业邀请专家进行会诊，但没有得到合理的解释。在专项研究中，喷雾燃烧与推进课题组建立了耦合推进剂初温的液雾燃烧模型，复现了试验中观察到的发动机比冲随推进剂初温由低到高变化时呈现出的先增后减的规律，并从理论上揭示了其物理机制。证明该发动机低温试车时比冲低于额定值3s以内均是合格产品，能够交付。该项研究成果为我国探月工程和载人航天中发动机的顺利定型奠定了基础。

与此同时，实现此次着陆的两个关键敏感器——着陆导航相机和着陆激光测距器（分别由航天502所和504所研制）。在经过航院郑钢铁教授课题组研制的着陆扰振模拟器的检验后，才被容许使用。从电视中看到这两个敏感器优异表现，着陆导航相机发回清晰的图片和成功导引着陆器到一个理想的着陆点，着陆激光测距器准确给出变推力发动机关机时刻。

图为 着陆扰振模拟器

变推力发动机在提供强大推力的同时，也对导航相机和激光测距器产生了较强的扰振。为确定扰振对敏感器的影响，以决定敏感器是否能够正常工作，需要进行地面着落过程和扰振影响模拟。因扰振的频率范围达到2000Hz，是角振动，且需要模拟整个下降过程，国内外的现有设备不能满足要求，需要进行专门研制。航院飞行器设计所承担了该任务，郑钢铁教授课题组经过半年的努力，利用多年积累的振动控制方面的研究成果，解决了众多技术难题，使用国产控制器和激振器，实现了对5-2000Hz频率范围内角振动的模拟，获得了15%/3σ的角振动控制精度，和0.001米/秒的线运动速度控制精度，实现了对整个着陆下降过程的准确模拟。在项目验收评审会上受到了与会专家的高度评价。

图为模拟器工作界面

此次登月，航院的喷雾燃烧与推进实验室走出了一条结合国家重大的工程项目将基础研究成果转化为工程应用产品的特色研究之路，充分发挥了高校的基础研究特长，为我国军工产业做出了重要贡献。目前，实验室正在开展更大推力和更大变化范围的发动机推力室内的燃烧机理与数值仿真研究工作，为我国未来载人登月计划提供技术储备。

明年将是清华航院建立十周年，航院师生将用更多的研究成果助力我国的航空航天工业，在人才培养和航空宇航科学技术学科建设上走出一条产、学、研紧密结合的特色之路，推动航空航天领域的研究和技术的发展。