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        “天問(wèn)一號(hào)”啟程,我們?yōu)槭裁匆セ鹦?/h1>
        2020-08-23 07:46:52馮華劉詩(shī)瑤左瀟王翔宇
        決策探索 2020年17期
        關(guān)鍵詞:天問(wèn)一號(hào)國(guó)家航天局火星車

        馮華 劉詩(shī)瑤 左瀟 王翔宇

        7月23日,我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)啟程。隨著長(zhǎng)征五號(hào)遙四火箭的點(diǎn)火升空,我國(guó)拉開(kāi)了向更遙遠(yuǎn)的深空探測(cè)的序幕。我國(guó)將通過(guò)一次發(fā)射,實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”三大任務(wù),這在世界航天史上尚屬首次。

        我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”正式啟航,“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器將在地火轉(zhuǎn)移軌道飛行約7個(gè)月后,到達(dá)火星附近,通過(guò)“剎車”完成火星捕獲,進(jìn)入環(huán)火軌道,并擇機(jī)開(kāi)展著陸、巡視等任務(wù),進(jìn)行火星科學(xué)探測(cè)。

        為什么去火星

        最近20多年以來(lái),幾乎每一個(gè)發(fā)射窗口都有火星探測(cè)器發(fā)射。今年7月,就有3個(gè)國(guó)家計(jì)劃實(shí)施火星探測(cè)任務(wù)。人們?yōu)槭裁磳?duì)火星情有獨(dú)鐘?

        中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)新聞發(fā)言人、國(guó)家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤杰表示,火星一直是人類走出地月系統(tǒng)開(kāi)展深空探測(cè)的首選目標(biāo)。以往的探測(cè)發(fā)現(xiàn)了存在水的證據(jù),火星上是否存在孕育生命條件以及火星是地球的過(guò)去還是地球的未來(lái),成為火星研究重大科學(xué)問(wèn)題。研究火星對(duì)認(rèn)識(shí)地球演變具有非常重要的比較意義。

        國(guó)家航天局探月與航天工程中心深空探測(cè)總體部部長(zhǎng)耿言介紹,太陽(yáng)系共有八大行星,火星的自然條件與地球最為類似。

        從工程實(shí)踐來(lái)看,火星探測(cè)相對(duì)于其他的行星探測(cè)也更容易實(shí)現(xiàn)。再?gòu)娜蝿?wù)周期來(lái)看,金星、火星作為地球的鄰居,飛行時(shí)間大約需要6~10個(gè)月。而木星則需要飛行7年,水星也需要花費(fèi)數(shù)年時(shí)間。

        最難的環(huán)節(jié)是什么

        中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)總設(shè)計(jì)師張榮橋表示,火星探測(cè)工程的最大特點(diǎn)是距離遠(yuǎn)、環(huán)境新。

        “火星離地球最遠(yuǎn)4億公里,從地面上發(fā)送一項(xiàng)指令,探測(cè)器要在23分鐘后才能執(zhí)行,這就給我們的測(cè)量、控制帶來(lái)了新的難題?!睆垬s橋說(shuō),第二個(gè)挑戰(zhàn)是環(huán)境新。“航天器設(shè)計(jì)的邏輯是先了解要去的環(huán)境,然后通過(guò)各種技術(shù)、手段、措施來(lái)保障航天器適應(yīng)這個(gè)環(huán)境,但深空探測(cè)的特點(diǎn)是要去一個(gè)尚不確知的環(huán)境。盡管我們已成功實(shí)現(xiàn)月球的軟著陸,但火星和月球的環(huán)境截然不同,給探測(cè)器的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大難度?!?/p>

        專家介紹,火星探測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)非常多,發(fā)射段、捕獲段、兩器分離、著陸過(guò)程中氣動(dòng)減速等等,每一個(gè)環(huán)節(jié)都面臨各種挑戰(zhàn)。其中最為關(guān)鍵和核心之處,就是探測(cè)器進(jìn)入火星大氣后的著陸過(guò)程。由于地球與火星距離遙遠(yuǎn),整個(gè)過(guò)程無(wú)法由地面實(shí)時(shí)控制,必須依靠探測(cè)器自主完成。這一過(guò)程被人們形容為“黑色7分鐘”。

        據(jù)介紹,著陸器進(jìn)入火星大氣層的速度高達(dá)18000千米/小時(shí)。超高速摩擦將會(huì)產(chǎn)生高溫,經(jīng)歷了上千攝氏度高溫的考驗(yàn)后,降落傘將幫助火星車進(jìn)行減速。隨后火星車將開(kāi)啟全自動(dòng)駕駛模式,自主完成減速、懸停,避開(kāi)火星表面復(fù)雜地形后,緩緩降落至火星表面。

        航天科技集團(tuán)五院火星探測(cè)器總設(shè)計(jì)師孫澤洲說(shuō),此次我國(guó)火星探測(cè)任務(wù)起點(diǎn)高,技術(shù)跨度大,探測(cè)器研制中關(guān)聯(lián)性異常復(fù)雜?!斑@次任務(wù)最核心、最難的地方,就是探測(cè)器進(jìn)入火星大氣后氣動(dòng)外形和降落傘減速的過(guò)程,只有一次機(jī)會(huì),必須確保成功?!?/p>

        火星車著陸后干什么

        探測(cè)器分為環(huán)繞器和著陸巡視器。劉彤杰介紹,著陸巡視器將在火星烏托邦平原南部預(yù)定區(qū)域?qū)嵤┸浿?。“到達(dá)火星不是目的,盡可能獲得有效科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)才是目標(biāo)。”據(jù)介紹,圍繞火星環(huán)繞的環(huán)繞器搭載了7臺(tái)科學(xué)儀器,火星車則攜帶了6臺(tái)載荷。

        對(duì)于環(huán)繞器與著陸器將開(kāi)展的探測(cè)工作,專家做了形象的歸納:照相,去了之后總要看看火星長(zhǎng)啥樣,傳回火星圖像;測(cè)物質(zhì),火星表面有什么物質(zhì),構(gòu)成成分是什么;測(cè)環(huán)境,攜帶的這類儀器數(shù)量最多,探測(cè)火星的磁場(chǎng)環(huán)境、離子與中性粒子、高能離子等情況;看內(nèi)部,盡管只是探測(cè)淺層的地質(zhì)結(jié)構(gòu),也是大家關(guān)注的焦點(diǎn),火星地下的分層結(jié)構(gòu)如何,到底有沒(méi)有水冰的存在等;看氣象,火星上的溫度變化到底怎么樣,可以測(cè)風(fēng)、測(cè)溫、測(cè)氣壓,還能聽(tīng)聽(tīng)火星上有什么聲音。

        張榮橋表示,我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)2016年正式立項(xiàng),經(jīng)業(yè)界專家分析研判,最后提出一步實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”的工程目標(biāo)?!斑@樣的目標(biāo)對(duì)我們來(lái)講有難度,但是大家努努力、踮踮腳、伸伸手還是有可能實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)這次任務(wù)的實(shí)施,在火星使命牽引下的新一輪創(chuàng)新,對(duì)實(shí)現(xiàn)航天技術(shù)領(lǐng)域新跨越、推動(dòng)我國(guó)由航天大國(guó)走向航天強(qiáng)國(guó)意義重大?!?/p>

        深空探測(cè)下一步怎么走

        專家分析,探月工程的經(jīng)驗(yàn),以及大推力運(yùn)載火箭、超1億公里測(cè)控等技術(shù)的突破,都為火星探測(cè)任務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

        值得一提的是,長(zhǎng)五遙四運(yùn)載火箭的整流罩上都噴涂了與我國(guó)開(kāi)展航天國(guó)際合作的國(guó)家和國(guó)際組織航天機(jī)構(gòu)的標(biāo)識(shí)。國(guó)家航天局局長(zhǎng)張克儉對(duì)此表示,火星探測(cè)作為開(kāi)放性的科學(xué)探索平臺(tái),包括港澳地區(qū)高校在內(nèi)的全國(guó)多地研究機(jī)構(gòu)積極參與了研制過(guò)程,我國(guó)也與歐空局、法國(guó)、奧地利、阿根廷等國(guó)家和組織開(kāi)展了多項(xiàng)合作。國(guó)家航天局已經(jīng)與40多個(gè)國(guó)家簽署了100多份合作協(xié)議。張克儉說(shuō):“國(guó)家航天局愿意與發(fā)達(dá)國(guó)家、航天大國(guó)進(jìn)行合作,也愿意和一些發(fā)展中國(guó)家合作。中國(guó)愿意與其他國(guó)家共享航天技術(shù),促進(jìn)全球的合作和發(fā)展?!?/p>

        火星探索的起步,代表了中國(guó)在深空探索領(lǐng)域已確定了下一個(gè)方向,中國(guó)的行星探測(cè)形成了整體概念。

        據(jù)透露,“天問(wèn)”系列探測(cè)任務(wù)還將繼續(xù),我國(guó)計(jì)劃在2030年開(kāi)展第二次火星探測(cè)任務(wù),也會(huì)繼續(xù)推動(dòng)小行星探測(cè)和木星、土星等更遠(yuǎn)星球的探測(cè)工程。

        國(guó)家航天局探月與航天工程中心主任劉繼忠描繪了深空探測(cè)的未來(lái):“除了行星探測(cè),深空探測(cè)還包括月球探測(cè)和太陽(yáng)探測(cè)。今年,我國(guó)將發(fā)射嫦娥五號(hào)進(jìn)行月面采樣返回,這是我國(guó)探月工程三期的收官之戰(zhàn),后續(xù)還將探測(cè)月球南極,已規(guī)劃嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)和嫦娥八號(hào)等任務(wù),未來(lái)也期待與國(guó)際同行合作,建立月球科研站。同時(shí),對(duì)太陽(yáng)的探測(cè)也會(huì)采取多種方式進(jìn)行?!?/p>

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