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        首次火星探測對中國航天意味著什么?

        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

        文 思 客

        2020年是中國火星探測元年。

        萬眾期待下,“天問一號”順利升空,將為中國打開火星之門,使我們真正進(jìn)入深空,走近火星。

        登陸火星有多難?各國又為何“扎堆”去火星?大家口中所說的“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,古往今來自帶一抹神秘色彩。早從60 年前開始,人類就開啟了對這顆赤色星球的探索。然而,幾十年間,探測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,人類的火星探測活動達(dá)40 多次,成功率卻不到50%,其余的項(xiàng)目都出現(xiàn)探測器撞毀、失靈或失蹤等情況。為此,在業(yè)界,火星甚至被稱為“探測器墳場”,其探測難度可想而知。

        探測為何如此之難?地火兩星相隔甚遠(yuǎn)是一大原因。我們常說火星是地球的鄰居,但它實(shí)在算不上“近鄰”。據(jù)測算,地火之間最遠(yuǎn)距離約4 億公里,最近距離也有約5500 萬公里,是地月距離的150 倍。從這個(gè)角度來說,月球與地球的距離幾乎“近在咫尺”。因此火星探測器在抵達(dá)目的地之前,往往需要飛行很長的距離,時(shí)間長達(dá)7~8 個(gè)月。在這個(gè)長途旅行中,對探測器的發(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 萬公里。而在這一時(shí)刻前后,從地球發(fā)射火星探測器,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。

        簡單來說,此時(shí)是“抄近路”去火星的最佳機(jī)會,航天工程上所說的發(fā)射“窗口期”也由此而來。今夏的7 至8 月,全球就迎來了發(fā)射火星探測器的這一“高光時(shí)刻”。有能力進(jìn)行火星探測的國家,當(dāng)然都不愿錯(cuò)過這個(gè)“窗口期”。因此,也就不難理解為何會出現(xiàn)多個(gè)國家“扎堆”去火星的狀況。畢竟如果錯(cuò)過這次窗口期,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”,此次“天問一號”是我國自主發(fā)射的第一顆火星探測器。為了一步到位,“少花錢,多辦事”,我國首次火星探測計(jì)劃通過一次發(fā)射,完成“繞、落、巡”三大探測任務(wù),這是世界航天史上從未有過的。據(jù)了解,美國“海盜1 號”“海盜2 號”火星探測器也僅僅是通過一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞、著陸兩種探測目標(biāo)。為此,“天問一號”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”三項(xiàng)探測任務(wù)。這也是天問一號明顯不同于另外兩個(gè)火星探測器的地方。據(jù)悉,美國將發(fā)射的“毅力號”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”則只有環(huán)繞探測器。

        “天問一號”除了完成這三大探測任務(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、下降與著陸過程中,要在7 分鐘內(nèi)將探測器的時(shí)速從2 萬千米降低到零。正是這個(gè)過程,被稱之為“恐怖7 分鐘”。這一階段,探測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1000 個(gè)動作的降落過程必須依靠火星探測器自主完成,對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)為是未來人類最有可能移居的行星,這些都吸引著多個(gè)國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)射探測器,然而成功著陸火星的國家只有美國?;鹦翘綔y作為航天強(qiáng)國的重要標(biāo)志之一,在這一深空探測的科學(xué)浪潮中,又豈能少了中國的身影?如果說此前探測月球只是“熱身運(yùn)動”,是為探測火星做準(zhǔn)備,那么經(jīng)過多年來的打基礎(chǔ)、練技術(shù),目前的中國已具備開展自主火星探測的能力。

        “天問一號”,成功升空,僅僅是邁向深空的第一步。數(shù)月后,如果我國“天問一號”的任務(wù)圓滿完成,那么我國將成為世界上第二個(gè)登陸火星的國家,也代表著我國深空探測技術(shù)水平站到了世界前列。

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