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        “天問一號”如何飛向火星

        2020-08-10 03:55:18摘編火玥
        軍事文摘 2020年16期

        ◎摘編 火玥

        在2020年4月24日的“中國航天日”上,中國火星探測任務(wù)確定了任務(wù)名稱——“天問一號”?!疤靻栆惶枴比绾物w向火星,它的背后都有哪些故事?讓我們一起來看看!

        中國將行星探測任務(wù)命名為“天問”系列

        一、“天問”系列的行星之旅

        “天問”只是中國火星探測任務(wù)的名稱嗎?不,它將是中國未來行星探測任務(wù)共有的名稱。兩千多年前,我國偉大詩人屈原在他的長詩《天問》里寫道:“日月安屬,列星安陳”,兩千多年后,中國的“天問”系列將組建一支強大的“行星艦隊”,攬星九天,為這個古老的問題作出自己的回答。

        “攬星九天”任務(wù)標識

        此前,美國就數(shù)次以一個系列完成了多個行星探測的任務(wù)。例如,NASA的“水手”系列在1962年~1973年11年時間里探測了火星、金星和水星,“水手”11和12號(“旅行者”1號和2號)探訪了外太陽系的4顆行星,“水手”系列可以說探測了整個太陽系。

        “水手”10號探測器

        “旅行者”1號和2號

        “天問一號”火星探測起點高

        “天問一號”軌道器示意圖

        著陸巡視組合體的工作過程:著陸火星、分離火星車、火星車開展巡視探測

        二、“繞、落、巡”三大任務(wù)

        “天問一號”將是我國自主發(fā)射的第一顆火星任務(wù)探測器,將利用1次發(fā)射完成“環(huán)繞”“著陸”“巡視”火星這3大任務(wù),也就是所謂的“繞、落、巡”。

        環(huán)繞通過環(huán)繞器(軌道器)來完成,例如目前在軌的NASA火星勘測軌道飛行器,就在環(huán)繞火星的過程中展開探測任務(wù)。我國的“天問一號”會包含1個環(huán)繞器,完成至少1年的環(huán)火星探測。

        此外,“天問一號”將通過一個著陸巡視組合體來完成著陸和巡視兩項任務(wù)。著陸巡視組合體包含進入艙(著陸架)和火星車兩部分,進入艙負責(zé)著陸,而火星車負責(zé)科學(xué)探測。

        三、“胖五”火箭的實力擔(dān)當

        飛向遙遠的火星,首先需要有更強大的火箭。

        火星和地球都是環(huán)繞太陽的行星,兩者的距離會不斷變化:地球和火星位于太陽兩側(cè)時最遠距離大約4億千米,而位于太陽同側(cè)最近時也有5460萬千米。即使是火星最近的時候,也是地月距離的150倍。

        要知道,探測器去火星并不是直線飛過去的,而是通過火箭將其送入橢圓軌道,在圍繞軌道運行過程中與火星“相遇”。因此,“天問一號”去火星,“嫦娥五號”去月球,都必須依賴運輸能力更強大的“胖五”火箭——“長征五號”大推力運載火箭。

        2020年1月19日,負責(zé)發(fā)射“天問一號”的火箭——“長征五號遙四”火箭的氫氧發(fā)動機完成了總裝出廠前的最后一項驗證,即將轉(zhuǎn)入火箭總裝階段。這意味著“天問一號”終于得到了出發(fā)的保障。

        2019年12月27日,“長征五號遙三”火箭發(fā)射升空

        目前公開的中國火星探測器實拍照片

        阿根廷深空站35米天線及附近地形

        四、超遠距離的通訊挑戰(zhàn)

        火星最遠時距離地球4億千米,是地月距離的1000倍。距離越遠,不僅信號傳輸時間越長,更重要的是信號衰減也越劇烈。無論探測器飛得多遠,都能“抓得住”“收得到”,這是我們邁向星辰大海的前提和保障。相比月球,遙遠的火星顯然為地球與探測器之間的通訊帶來了更大的挑戰(zhàn)。

        與火箭和探測器保持通訊需要強大的地面站,或者說數(shù)目更多、分布更廣、口徑更大的地面天線。中國已經(jīng)初步組建了自己的深空測控網(wǎng),目前,我國深空測控網(wǎng)由中國西北部喀什地區(qū)35米深空站、中國東北部佳木斯地區(qū)66米深空站和位于南美洲阿根廷的35米深空站組成 。未來,我國還將繼續(xù)強化測控網(wǎng)的建設(shè),向著更大、更多、更廣的目標邁進。

        佳木斯深空站66米天線和喀什深空站35米天線

        五、著陸火星的巨大風(fēng)險

        順利飛到火星附近,地面站也沒和探測器失聯(lián),對于一個著陸任務(wù)來說,只是成功了一半。著陸火星比著陸月球要危險得多,這很大程度上是因為火星有大氣層。盡管火星大氣層很稀薄,表面大氣壓只有地球的6%,但也足以形成一個“屏障”,讓毫無防備的探測器在著陸之前被燒壞,因此,火星也曾被稱為“探測器墳場”。但也不是說火星大氣沒有一點好處,火星大氣的存在讓著陸任務(wù)有了利用大氣摩擦減速和使用降落傘減速的空間,這些都能緩解之后使用反沖火箭減速的壓力。

        總之,相對于簡單直接的月球著陸任務(wù),火星著陸任務(wù)有很多復(fù)雜的步驟。例如,著陸組件得先被放進隔熱盾里保護起來,降落傘要能打得開、撐得住,減速到一定程度隔熱盾還要打得開、拋得掉…… 而這些都得靠探測器自主判斷和完成。任何一個操作環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都可能會讓探測器無法成功著陸。這對于第一次嘗試著陸火星的中國來說,顯然是巨大的挑戰(zhàn)。

        掃描二維碼看“天問一號”火星探測及其標識釋義

        不過,“嫦娥工程”從“嫦娥一號”到“嫦娥四號”的四次任務(wù)逐步實現(xiàn)了月球的環(huán)繞、著陸和巡視,中國航天人積累的實戰(zhàn)經(jīng)驗和科學(xué)技術(shù)人才,為中國火星任務(wù)和接下來的深空任務(wù)打下了牢靠的基礎(chǔ)。讓我們一起為“天問”系列加油!

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