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        天問一號(hào)亮點(diǎn)紛呈

        2020-07-08 09:48:46賈陽(yáng)
        知識(shí)就是力量 2020年7期
        關(guān)鍵詞:著陸點(diǎn)火星車火星

        賈陽(yáng)

        不走尋常路

        開展火星探測(cè),可以發(fā)射環(huán)繞器進(jìn)行火星遙感探測(cè),也可以單獨(dú)發(fā)射火星車,實(shí)現(xiàn)巡視探測(cè)。中國(guó)首次自主火星探測(cè)任務(wù),將通過一次發(fā)射,實(shí)現(xiàn)“繞”“著”“巡”三個(gè)目標(biāo)。

        探測(cè)器將由長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射至地火轉(zhuǎn)移軌道,與運(yùn)載火箭分離后,探測(cè)器將進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng),在距離火星400千米處制動(dòng),被火星捕獲,成為火星的人造衛(wèi)星。

        著陸巡視器外觀設(shè)計(jì)構(gòu)形圖

        運(yùn)行一段時(shí)間之后,著陸的時(shí)機(jī)到來了,著陸巡視器與環(huán)繞器分離。著陸巡視器進(jìn)入火星大氣,利用氣動(dòng)、降落傘、發(fā)動(dòng)機(jī)三級(jí)減速和著陸腿的緩沖作用,軟著陸于火星表面。最后,火星車駛離著陸平臺(tái),在火星表面開始巡視探測(cè)。

        奔向火星

        火星和地球一起圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn),它們就像在環(huán)形跑道上快速奔跑的兩名運(yùn)動(dòng)員,地球在內(nèi)圈略快,火星在外圈稍慢。再形象些,我們可以把它們想象成接力賽,什么時(shí)候從第一名運(yùn)動(dòng)員那里出發(fā)?沿著什么方向加速?到第二名運(yùn)動(dòng)員附近如何減速才最省力?這些都是需要精心考慮的問題。而在火星探測(cè)任務(wù)中,這項(xiàng)工作叫作軌道設(shè)計(jì)。

        軌道設(shè)計(jì)中,一項(xiàng)重要的工作是發(fā)射窗口的分析,也就是確定探測(cè)器什么時(shí)候從地球出發(fā)。天體運(yùn)動(dòng)關(guān)系決定了需要大約26個(gè)月,才有一次發(fā)射火星探測(cè)器的最佳機(jī)會(huì),因?yàn)檫@時(shí)候發(fā)射最省能量。既然是窗口,那就存在一定的時(shí)間寬度,在7月底到8月初的半個(gè)月,都存在發(fā)射機(jī)會(huì),運(yùn)載火箭的能力越強(qiáng),發(fā)射窗口就越寬。

        火星,我們來了

        經(jīng)過半年多的飛行,在火星附近的近火制動(dòng)成為發(fā)射之后的第一關(guān)。此時(shí),主發(fā)動(dòng)機(jī)大顯神通,在火星附近剎車,主動(dòng)投入火星的懷抱,成為一顆繞火衛(wèi)星。這個(gè)環(huán)節(jié),只有一次機(jī)會(huì),如果剎車力度不夠,探測(cè)器將飛向深空,再想讓它飛回到火星附近,就幾乎不可能了。

        環(huán)火飛行的時(shí)間可長(zhǎng)可短,其抉擇至少與兩個(gè)因素有關(guān):一個(gè)因素是著陸點(diǎn),要等到著陸點(diǎn)正好在軌道近火點(diǎn)附近的時(shí)候;還有一個(gè)因素就是地方時(shí),早落意味著距離太陽(yáng)下山的時(shí)間太短,火星車來不及充電。

        火星車與著陸平臺(tái)分離

        著陸火星

        這次火星探測(cè)任務(wù)中,最令人緊張的就是著陸前的8分鐘。

        首先,探測(cè)器會(huì)瞄準(zhǔn)進(jìn)入火星大氣層的一個(gè)窄窄的進(jìn)入走廊——角度太大會(huì)導(dǎo)致與大氣摩擦溫度升高過于劇烈,角度太小又實(shí)現(xiàn)不了進(jìn)入火星大氣層的目標(biāo)。接下來的氣動(dòng)減速段是最主要的減速階段,進(jìn)入火星大氣時(shí),探測(cè)器的速度可達(dá)每秒4.8千米,大約5分鐘的減速之后,速度只剩下每秒460米。

        接著,專門開發(fā)的火星專用降落傘展開,進(jìn)入艙的速度進(jìn)一步下降到不到每秒100米,這一分多鐘時(shí)間比較關(guān)注火星大氣層中風(fēng)的速度和方向,因?yàn)轱L(fēng)太大影響著陸點(diǎn)的精度,甚至影響著陸安全。

        再繼續(xù),降落傘完成使命,探測(cè)器把大底和背罩拋掉,露出著陸平臺(tái)和火星車。平臺(tái)上的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作,進(jìn)一步減速,高度100米的時(shí)候速度基本上降到零,便于探測(cè)器觀察地面,尋找最安全的具體著陸地點(diǎn)。

        最后一點(diǎn)能量,要靠四條著陸腿里的緩沖吸能材料,把著陸時(shí)的沖擊力緩沖掉,保證探測(cè)器不發(fā)生側(cè)翻,平穩(wěn)著陸在火星表面。

        整個(gè)過程,短暫又復(fù)雜,地面沒有干預(yù)的機(jī)會(huì),完全靠探測(cè)器自主決定各個(gè)動(dòng)作執(zhí)行的時(shí)機(jī)。

        火星車登場(chǎng)

        輪到中國(guó)第一輛火星車閃亮登場(chǎng)了。它有四片深藍(lán)色的翅膀,渾身金黃,兩根天線展開,就像蝴蝶的兩個(gè)觸角,整體視覺感受,就像是一只藍(lán)色閃蝶。它昂頭向前,首先勇敢地行駛到梯子上,然后穩(wěn)健地行駛到火星表面,在火星的表面留下了兩道車轍。不過,這個(gè)過程需要大約一周時(shí)間才能完成。至于火星車要向哪個(gè)方向行駛,現(xiàn)在誰也不知道,因?yàn)檫@需要地面的科學(xué)家根據(jù)拍攝的圖像,判斷哪里有感興趣的目標(biāo),然后才能確定火星車的行駛方向。

        受能源和通信限制,火星車不能滿負(fù)荷工作。每天午后是火星車工作的時(shí)間,這個(gè)時(shí)間火星表面溫度最高,探測(cè)儀器的溫度相對(duì)最舒服,對(duì)火星車而言就是最省能源。

        白天,火星表面陽(yáng)光充足時(shí),火星車會(huì)利用太陽(yáng)能電池發(fā)出的電能,一部分用于工作,一部分儲(chǔ)存在蓄電池中;到了夜晚,太陽(yáng)落山,火星車?yán)脙?chǔ)存的電能,繼續(xù)工作。但是這還不夠。因?yàn)楣饽苻D(zhuǎn)換成電能,效率只有30%,大部分能量被損失掉了。有沒有效率更高的辦法呢?

        火星車開展工作

        在火星車頂部,像雙筒望遠(yuǎn)鏡樣子的設(shè)備,叫作集熱窗,它可以直接吸收太陽(yáng)能,然后利用一種叫作正十一烷的物質(zhì)儲(chǔ)存能量。白天,火星溫度升高,這種物質(zhì)吸熱融化,到了晚上,溫度下降,這種物質(zhì)在凝固的過程中,釋放熱能,這樣效率可以達(dá)到80%以上。

        (責(zé)任編輯 / 岳萌美術(shù)編輯 /周游)

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