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天问一号探测器距离地球超过1亿公里
更新日期:2020-12-16    作者:人民日报    编辑:admin    点击量:2187

天问一号率先到达火星,为何没有降落,反而让美国毅力号捷足先登

作者胖福的小木屋

2021-02-19

 

美国的毅力号火星探测器成功降落在火星“耶泽洛”陨坑,这里是一个远古三角洲区域,毅力号将探索火星地形并展开一些科学调查,该火星车的目标之一是收集火星样本,并在地球之外部署一架直升机,寻找火星潜在的远古生命迹象。

很多人很好奇,明明是天问一号先发射,先达到火星,为什么天问一号要三个月后才能降落火星。

天问一号身兼多职

而我国的天问一号可以说身兼多职,天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成。这其中,“太空多面手”环绕器“一器分饰多角”,具备三大功能:飞行器、通信器和探测器。

这也意味着我国将成为世界上第一个首次通过一次任务实现火星环绕、着陆、巡视(探索)3 种探测目标的国家。

一般而言,火星探测任务都会采取“绕”、“着”、“巡”分开的形式以降低难度。因为进行火星任务的难度太高,人类探测火星起步于20世纪60年代,2020年之前共实施了44次火星探测任务,只有8次成功着陆,比率仅为18%

美国也仅尝试过了火星着陆与巡视探测,而我国第一次独立探火就瞄准殿堂级高难度科目,是因为2020年是人类火星探测史上重要窗口,发射探测器理论飞行时间最短(5个月),错过就需要再等两年,中国想要趁这个机会多进行火星探测任务,因此天问一号“身兼多职”,这样也可以节省研发经费。

而中国敢挑战这样的地域级难度,也是深空探测实力的厚积薄发。

所以,我国的天问一号要先进入火星轨道,开启火星探测任务,而毅力号则是直接降落火星。

天问一号的环绕器将在这个时间里环绘制这颗行星的形态学和地质学地图,同时利用环绕器次表层探测雷达来测量火星上的土壤特性和水冰分布。它还将收集火星电离层、电磁场和引力场的数据。最后,它将充当火星车与地球之间收发信息的通信中继站。

在完成这些任务之后,天问一号才会着陆火星,进行这些任务还有一个目的,通过分辨率相机与高分辨率相机将对火星着陆区进行高分辨率成像工作,然后认真研究火星表面的情况,反复确认着陆地点和最优着陆窗口,从而更好保障登陆器可以更好登陆。

就像我刚刚说的,登陆火星成功率非常低,在降落过程更是被称为死亡七分钟。刚开始,通过整体和隔热大底气动减速约5分钟,着陆器速度从约5千米/秒减速到数百米/秒,已到极限,隔热大底的温度已升到2000余摄氏度。此时,巨大降落伞展开,在不到100秒时间内把速度进一步降低到约100/秒。如果降落伞失败,那将是全盘的失败。

接下来会进入动力减速段,也就是利用反推发动机提供的反向推力来减速,最终将速度降低到每秒3.6

最后是悬停避障阶段,在距离火星表面大约100的位置实现悬空,对地形进行探测,选择合适的地点进行降落,完成整个着陆过程,准备展开地面探索。

中国第一次登陆,需要先获取火星数据

毕竟中国对火星还不熟悉,不清楚火星的具体情况,如果贸然降落,风险很大,再加上几乎没有哪个西方航天强国会把自己获取到的太空探索数据真正公开的展示给全世界研究者。如果我们到美国航宇局的网站上去寻找三台火星漫游车的探索成果,只能拿到一些零星数据,想要获取完整数据包是没有入口的。

美国航宇局虽然有公布一些炫酷的照片,但真正能够用来研究的数据,外界是很难拿到的,必须通过某种机制的科研合作才能够拿到。

中国虽然通过和欧洲的航天任务,获得了欧洲拥有的火星数据,但究竟是否有隐瞒,我们也不清楚,为了保险起见,我们还是自己对火星采集数据。

而美国成功登陆火星的探测器有8个:海盗一号、海盗二号、探路者、机遇号、勇气号、凤凰号、好奇号、洞察号,已经获取了火星的海量数据,是一位经验丰富的老司机,所以不需要对火星在进行探测,可以直接登陆。

为了保障天问一号登陆成功,中国也选择了火星海拔更低的平原地区作为着陆区,更低的海拔高度意味着留给进入器的着陆时间更充裕,进入器气动减速、降落伞减速、动力减速有更充足的时间冗余。

天问一号整个着陆时间是8分钟,比起通常着陆火星的黑色7分钟还多一分钟,为最终完全胜利又多了一份保障。

如果成功降落,天问一号将对火星空间环境、地表形貌特征、土壤表层结构等进行深入研究。

总结

人类探测火星60年,胜率不到一半,这是一个高风险,却是代表着人类最美丽最绚烂航天梦想的存在。天问一号,一次实现“绕、着、巡”的工程目标和五大科学目标,也必将是极大的挑战

如果成功,也就意味着我国火星探测一举追平了大洋彼岸近半世纪的探火成绩。预祝天问一号取得最终胜利。

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