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        首次火星探測(cè)對(duì)中國(guó)航天意味著什么?

        2020-12-18 10:24:20
        初中生世界 2020年33期
        關(guān)鍵詞:窗口期著陸器天問(wèn)

        文 思 客

        2020年是中國(guó)火星探測(cè)元年。

        萬(wàn)眾期待下,“天問(wèn)一號(hào)”順利升空,將為中國(guó)打開火星之門,使我們真正進(jìn)入深空,走近火星。

        登陸火星有多難?各國(guó)又為何“扎堆”去火星?大家口中所說(shuō)的“恐怖7 分鐘”又是怎么回事呢?思客將為你一一解惑。

        登陸火星有多難?

        火星,古往今來(lái)自帶一抹神秘色彩。早從60 年前開始,人類就開啟了對(duì)這顆赤色星球的探索。然而,幾十年間,探測(cè)的成功率卻不足一半。有數(shù)據(jù)顯示,自20世紀(jì)60年代以來(lái),人類的火星探測(cè)活動(dòng)達(dá)40 多次,成功率卻不到50%,其余的項(xiàng)目都出現(xiàn)探測(cè)器撞毀、失靈或失蹤等情況。為此,在業(yè)界,火星甚至被稱為“探測(cè)器墳場(chǎng)”,其探測(cè)難度可想而知。

        探測(cè)為何如此之難?地火兩星相隔甚遠(yuǎn)是一大原因。我們常說(shuō)火星是地球的鄰居,但它實(shí)在算不上“近鄰”。據(jù)測(cè)算,地火之間最遠(yuǎn)距離約4 億公里,最近距離也有約5500 萬(wàn)公里,是地月距離的150 倍。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō),月球與地球的距離幾乎“近在咫尺”。因此火星探測(cè)器在抵達(dá)目的地之前,往往需要飛行很長(zhǎng)的距離,時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7~8 個(gè)月。在這個(gè)長(zhǎng)途旅行中,對(duì)探測(cè)器的發(fā)射、軌道、控制、通信、電源、入軌、著陸等技術(shù)都有很高要求。所以,“探火”可比“探月”要難多了。

        為何夏季“扎堆”去火星?

        眾所周知,火星、地球都繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn),但兩者速度不同,軌道也不同。因此只有每隔約26 個(gè)月,才能等到地火直線距離最近的時(shí)候,此時(shí)兩行星間距離約為5500 萬(wàn)公里。而在這一時(shí)刻前后,從地球發(fā)射火星探測(cè)器,能讓人類“探火”之旅的“趕路”時(shí)間更短,所攜燃料更少,成本也更加低廉。

        簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),此時(shí)是“抄近路”去火星的最佳機(jī)會(huì),航天工程上所說(shuō)的發(fā)射“窗口期”也由此而來(lái)。今夏的7 至8 月,全球就迎來(lái)了發(fā)射火星探測(cè)器的這一“高光時(shí)刻”。有能力進(jìn)行火星探測(cè)的國(guó)家,當(dāng)然都不愿錯(cuò)過(guò)這個(gè)“窗口期”。因此,也就不難理解為何會(huì)出現(xiàn)多個(gè)國(guó)家“扎堆”去火星的狀況。畢竟如果錯(cuò)過(guò)這次窗口期,下一次的好時(shí)機(jī)可就要等到2022年了。

        “三套餐”組合是什么?

        不同于之前與俄羅斯合作最后遺憾失敗的“螢火一號(hào)”,此次“天問(wèn)一號(hào)”是我國(guó)自主發(fā)射的第一顆火星探測(cè)器。為了一步到位,“少花錢,多辦事”,我國(guó)首次火星探測(cè)計(jì)劃通過(guò)一次發(fā)射,完成“繞、落、巡”三大探測(cè)任務(wù),這是世界航天史上從未有過(guò)的。據(jù)了解,美國(guó)“海盜1 號(hào)”“海盜2 號(hào)”火星探測(cè)器也僅僅是通過(guò)一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞、著陸兩種探測(cè)目標(biāo)。為此,“天問(wèn)一號(hào)”集成了一個(gè)“三套餐”組合。包括火星軌道環(huán)繞器、著陸器、巡視器(火星車),將分別實(shí)現(xiàn)“火星環(huán)繞”“火星表面降落”“巡視探測(cè)”三項(xiàng)探測(cè)任務(wù)。這也是天問(wèn)一號(hào)明顯不同于另外兩個(gè)火星探測(cè)器的地方。據(jù)悉,美國(guó)將發(fā)射的“毅力號(hào)”是由著陸器和巡視器兩部分構(gòu)成,而此前阿聯(lián)酋升空的“希望號(hào)”則只有環(huán)繞探測(cè)器。

        “天問(wèn)一號(hào)”除了完成這三大探測(cè)任務(wù)之外,還設(shè)定了五大科學(xué)目標(biāo),包括空間環(huán)境、形貌特征、表層結(jié)構(gòu)等研究。

        落地7分鐘有多“恐怖”?

        整個(gè)火星探測(cè)任務(wù)中,最難的便是著陸這一關(guān)。由于地火距離遙遠(yuǎn),因此火星探測(cè)器需要完全自主導(dǎo)航控制完成著陸之旅。著陸器在“奔火”的途中一直處于高速飛行狀態(tài),因此在再入、下降與著陸過(guò)程中,要在7 分鐘內(nèi)將探測(cè)器的時(shí)速?gòu)? 萬(wàn)千米降低到零。正是這個(gè)過(guò)程,被稱之為“恐怖7 分鐘”。這一階段,探測(cè)器的防熱措施是否可靠,降落傘、氣囊和緩沖火箭等能否按程序工作都至關(guān)重要。

        而由于著陸過(guò)程時(shí)間太短,遠(yuǎn)不夠完成一次地火通訊。這就意味著全程超過(guò)1000 個(gè)動(dòng)作的降落過(guò)程必須依靠火星探測(cè)器自主完成,對(duì)軟件和硬件的要求極高。然而,茫茫深空中,失之毫厘,謬以千里。歷史上許多探測(cè)器都在這“恐怖7分鐘”里功虧一簣。

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        登陸月球之后,人類選擇的下一個(gè)目標(biāo)往往是火星,原因在于它的自然環(huán)境與地球最為相似。因此火星被視作除地球外有可能孕育生命的星球之一,也被認(rèn)為是未來(lái)人類最有可能移居的行星,這些都吸引著多個(gè)國(guó)家去探索這顆神秘星球。

        從20世紀(jì)60年代起,人類就開始不斷地向火星發(fā)射探測(cè)器,然而成功著陸火星的國(guó)家只有美國(guó)?;鹦翘綔y(cè)作為航天強(qiáng)國(guó)的重要標(biāo)志之一,在這一深空探測(cè)的科學(xué)浪潮中,又豈能少了中國(guó)的身影?如果說(shuō)此前探測(cè)月球只是“熱身運(yùn)動(dòng)”,是為探測(cè)火星做準(zhǔn)備,那么經(jīng)過(guò)多年來(lái)的打基礎(chǔ)、練技術(shù),目前的中國(guó)已具備開展自主火星探測(cè)的能力。

        “天問(wèn)一號(hào)”,成功升空,僅僅是邁向深空的第一步。數(shù)月后,如果我國(guó)“天問(wèn)一號(hào)”的任務(wù)圓滿完成,那么我國(guó)將成為世界上第二個(gè)登陸火星的國(guó)家,也代表著我國(guó)深空探測(cè)技術(shù)水平站到了世界前列。

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