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刚刚,“天问一号”发射升空 火星历险还要经历什么?

2020-07-23 14:50 · 稿源:iFeng科技公众号

声明:本文来自于微信公众号 iFeng科技(ID:ifeng_tech),作者:凤凰网科技频道,授权站长之家转载发布。

据央视新闻报道,刚刚,中国首次火星探测任务天问一号探测器在中国文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空,天问之旅正式开启。

探测器将绕地飞行 200 多天并进入火星轨道,明年 4 月份,一台火星车将被降落到火星表面,并工作 90 天。

去火星,需要哪些硬性条件?本文从时机、运载工具、飞行过程等角度为大家解读。

首先是时机。

选择此时在海南文昌发射火星探测器,可以说是天时地利。

火箭发射 太空

注:图文无关

今年 6 月到 8 月,地球与火星之间的距离最短,探测器飞行起来省时间还省燃料。

下个这样的窗口期要等两年多。

所以今年有 3 个国家都要探测火星,周一,阿联酋在日本发射了“希望号”火星探测器,接下来是美国。

而文昌发射中心的地理纬度低、离赤道近,探测器发射后变轨简单,还能省下不少燃料。

第二是要有火力够猛、实力够强的运输工具——火箭。

这次发射任务的运载工具是我们熟悉的“胖五”,这个高约 57 米,起飞重量约 800 多吨的大力士,能载重 25 吨,相当于能把 16 辆汽车送入太空,而 “天问一号”探测器总重才 5 吨。

全球火箭性能排名,胖五能位列第三,所以说运载工具不是问题。

第三是精准无误的轨道运算——探测器前往火星只能通过“霍曼轨道转移”。

探测器先绕着地球飞行,然后瞬间加速进入一个椭圆形的转移轨道,在椭圆形的近供点加速进入火星轨道,等接近火星轨道时,探测器要“刹车”降低速度,让自己被火星捕获。

这种轨道变化的方法,就被称为“霍曼转移”,耗时 6 个月到 11 个月不等,转移过程的干扰因素非常多,包括其它天体干扰、太阳风、空间辐射等。

从 1961 年至今,全球火星探测活动达 40 多次,但是成功变轨进入火星轨道的只有 19 次,可见其中的难度有多高。

第四,探测器的各部分要足够皮实、自主能力强。

一般火星探测有四种方式:飞掠、环绕、降落、巡视。

“天问一号”的任务是要一次挑战“绕、落、巡”,所以此次的探测器包括三部分——环绕器、着陆器和火星车。

而进入火星轨道后,一大难关就是要将着陆器和火星车送到地表,他们需要在 7 分钟内,将时速从两万千米降低到零。

这个过程也被称为“恐怖 7 分钟”,人类现有的 44 次火星探测任务中,只有 9 次安然度过“恐怖 7 分钟”。火星几乎是着陆器的“坟场”。

再加上地球与火星之间的通信有 44 分钟延迟,着陆器相当于“盲降”,必须自主完成超过 1000 多个降落动作,对着陆器的要求极高。

当着陆器顺利将火星车送到了火星地表,真正的任务才刚开始。

火星虽然被称为太阳系中跟地球最相似的天体:

有地壳、地幔、地核,直径是地球的一半,表面积约等于地球的陆地面积,表层有高山、平原和峡谷,甚至还有河流的痕迹;

一天有 24 小时 37 分左右,也有四季交替、五带划分,南北极被冰川覆盖;

空气中有少量的氧气、氮气、氩气和水蒸气,主要成分是二氧化碳。

但火星上的天气非常极端,从龙卷风到全球性沙尘现象经常发生,有时沙尘暴还会持续数月,破坏力是地球 12 级台风的 6 倍,从天空望去全是土。

“天问一号”的火星车需要在极端条件下,在 90 天内完成 5 项任务——探查火星地貌和地质构造;分析火星土壤特征,寻找水冰分布;分析火星表面物质成分;调查火星大气与气候;探测火星电磁场、重力场等物理场。

要完成这些任务,对探测器的要求极高。

其实从 17 世纪望远镜发明以来,人类对火星的探索就从未停止,在 1840 年就有了首张火星地图; 60 年代,美苏争霸期间,就有 12 颗探测器被争相送往火星,苏联在 1971 年首次将探测器落到火星表面。

而中国直到 1970 年“长征一号“火箭成功发射,才拉开我国航天活动的大幕, 50 年间一路追赶,本来在 2011 年和俄罗斯合作,发射火星探测器“萤火一号”,最后还是以失败告终。

2013 年,我国专家组就确定要自己探索火星,并且制定了“两步走”方案,先在 2020 年实现“绕、落、巡”,然后在 2030 年前实现火星取样返回。

加上最近阿联酋和中国,全球总共有 46 次探火活动,包括美国 21 次,苏联和俄罗斯 19 次,日本 1 次,欧洲 2 次,印度 1 次、阿联酋 1 次、中国 1 次。

现在仍在火星轨道环绕的有美国、欧洲、印度的探测器,在火星地表工作的有美国的“洞察号”和“好奇号“、欧洲和俄罗斯的“火星生物学”、欧洲的“火星快车”。

最后,这次“天问一号”只是发射任务的代号,是 2013 年向网友征集了 3 万多个名字,经过 300 多万票才敲定的,“天问”源于屈原长诗,寓意为探求征途漫漫。

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