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中国天问一号成功登录火星
更新日期:2021-5-15    作者:网络综合    编辑:admin    点击量:1020

天问一号成功登火:被嘲笑十年后,中国用一颗探测器打破美国纪录

来源:网络综合

2021-05-15

 

2021515,天问一号终于降落火星了,这也就意味着,中国用一颗探测器就成功挑战“绕、落、巡”中的两个重大任务,只剩下最后一个阶段“巡”。更重要的是,中国火星探测已经一举超过苏联,也走完美国数十年的历程,值得所有国人骄傲。

所以你会看到,美国一直在向中国索要火星的数据,就是因为中国探索的一些数据,也是美国也是没有的。

那么问题来了,用一颗探测器取得美国数十年的成绩,这种中间克服的困难到底有多大呢?我举个数据,大家或许就会知道了,火星探测难度有多大?

火星探测从上世纪60年代开始,至今人类发射了40多次火星探测器,结果成功率只有43%,不到一半,其中美国22次(加毅力号),苏联以及俄罗斯共计19次,其他号称发达国家,最多2次。在这40多次里面,只有美国成功在火星表面展开巡视,连技术强如苏联也从未成功过。

他们在1962-1969年,发射五个探测器,全部失败,最惨的一次仅发射1分钟就坠落炸毁。直到1971年,苏联发射的火星3号,才成功登上火星,成为人类历史上第一个登火的探测器,但是也仅限于此,巅峰即跌落,在坚持14.5秒后失去联系,号称秒躺。此后再也没有成功过。其实连美国也经历了数次失败,才一步一个脚印,从完成“绕、落、巡”三个阶段。

而中国却一次性完成美国也不曾做到的奇迹,甚至部分探测器的性能超越美国,所以火星也被人类号称探测器坟墓的。

那么探测器实际会遇到哪些困难呢?

恐怖7分钟只是开始

很多人可能知道天问一号的任务艰巨,但是一路走来,天问一号好像异常的顺利,顺利的发射、顺利的抵达火星,如今还顺利的着陆,可以说顺利的大家都觉得理所当然。

其实并不是这样,我们就以这次着陆过程以及火星灾难沙尘暴为例。

火星着陆一直有个地狱7分钟的说法:着陆器与火星车的组合在与轨道器分离后,需要在2万米的的路程内,将速度从5km/s降至0。开过车的都知道速度越快,越不好刹车,着巡组合体也是如此。

 

那么有什么办法可以提高成功率?

其实是没有的,由于火星距离地球实在太遥远,所以一般只能靠着陆器自己调整。这个过程会用到:气动减速、伞降减速、动力减速、着陆缓冲等四种减速方式,因为速度太快,这个四个环节的降速过程需要及其准确的控制,环环相扣,差之毫厘谬以千里。

而极度准确就意味着极高的精密度,而精密度又很容易受到撞击的影响,从而影响探测器工作。俄罗斯火星3号,就是这个过程没做好,所以才会发射秒躺悲剧。

天问一号四种降落方式

虽然不能进行过多的人工干预,但也不是说放任不管。中国航天人给出的办法,就是对降落过程进行全方面的监督以及数据分析。这个检测设备就是中国首创的火星探测器信标。

火星探测器信标是一种类似飞机黑匣子的设备,它会随着着陆器一起进行同步降落,在降落的过程中,对着巡组合体进行全方位的监督,数据采集,然后进行数据回传。

这样做有什么好处呢?

主要有两个:第一,找出故障的原因,简单讲就是,可以通过数据收集,在降落过程,详细分析出哪个环节出错,或者哪里磕磕碰碰,导致探测器出现故障,然后就可以针对性进行,设法修复。还有一个好处就是,采集坠落过程的数据,为下次降落火星做好准备。

火星车与着陆器分离

既然火星车可能出现问题,难道火星探测器信标就不会出现问题吗?可以肯定告诉你,确实不会。

黑匣子灵感源于飞机,通常空难之后,飞机上的黑匣子都会记录相关的数据,用来分析空难原因。所以一般黑匣子的材质都非常特殊,可以抗火、耐压、耐冲击振动、甚至抗磁干扰等等。天问一号的黑匣子也是如此!

它也是由特殊复合材料制成,主但是性能更加强大,主要有三种特性

第一、强抗冲击。探测器信标在结构上采取了多层的组合材料,比如外层强度和韧性比较大,保证应对突然来临的冲击力时,也能保持外形的完整性。内部则是类似橡皮那样具有强塑性的材料,可以吸收冲击产生冲击力。

这套系统被研究团队称为“刚柔耦合系统”,它可以让鸡蛋从高空落下,还不会破碎,这种抗冲击性比飞机黑匣子还要高出将近一半。

第二特性是:耐寒!火星的平均气温在-55零下55摄氏度)左右,而且温差极大,最高27,最低却可以达到-140多度。所以研究团队就设计了两种模式进行“保暖”,一种是材质上下功夫,保证内部的环境处于稳定状态,还有一种就是主动调解的功能。

第三特性是:抗干扰。与黑匣子不同,由于人类没办法主动去火星寻找信标,所以就需要在极端条件下,将关键的数据进行回传。这样就必须让黑匣子具备抗干扰能力。

有了这个黑匣子,中国也就更有底气面对复杂的降落过程。

但是别以为降落在火星上,探测器就安全了。后面的火星车“巡视”还需面对一个致命的对手-火星沙尘暴。

地球上沙尘暴形成的原因是:强风推动地面上的尘埃形成的,火星上由于大气稀薄,本身空气中就含有大量的微小尘埃,而火星巨大的温差会导致空气流动速度加快,从而形成强风,目前已知最快的风速,可以达到每秒180,相当于地球上的12级大风。

在超强的大风带动下,空气中以及火星表面上的沙尘,最终形成巨大的沙尘暴!这些漫天飞舞的有时候会持续数月之久。

美国于2004年登录火星的“机遇号”探测器,就曾数次遇到沙尘暴,并在2018年时,遭遇一场持续数月的沙尘暴,机遇号被迫暂停所有仪器,因为空中的沙尘会阻挡探测器的太阳能电池板吸收热量,而且落在太阳能板上的尘土也会影响发电效率,甚至停止发电。

这次的沙尘暴就是如此,机遇号在遭遇沙尘暴后,被迫停滞,最后彻底失去联系。

而我们的火星车祝融号背部,也有四块太阳能电池板,所以理论上是极其畏惧沙尘暴。但与机遇号不同的是,中国的研究团队给火星车设计可以多角度伸张的功能,当祝融号遇到沙尘暴后,就可以通过向上或者斜着将沙尘抖落!

这种设计也确保了祝融号火星车可以安全度过沙尘暴。

实际上,类似黑匣子和伸展太阳能板这样的黑科技还有很多,比如特制高空降落伞,还有悬架功能、蟹行设计+底盘升降等功能,都是为了保证火星探测的安全性。

可以说,中国航天一直以来就有的传统就是不打没有把握的仗,每一项航天试验的背后,我们的科学家早已经进行无数次试验,这些试验,我们看不见摸不着,但却为中国事业竖起一道道壁垒。

其实话说回来,即使最后一个阶段失败那又怎样?

我们火星探测又不是没有经历过失败,以前就科普过,中国火星探测的尝试,最早开始于2011年,当时中国受到俄罗斯邀请,紧急设计了“萤火一号”火星探测器,跟随俄罗斯的火箭一起冲刺火星。

结果萤火一号出师不利,俄罗斯的火星计划就算中了魔咒一样,火箭升空没多久就掉落烧毁,导致萤火一号莫名躺枪,还顺便被带了一波节奏,后来中国就不再谈火星探测了。

这个故事很多人都听说过,但是很多人不知道其中的真实原由。

其实在中国的规划中,萤火一号只是中国火星探测计划的第一步,在中国原本的规划里,火星探测计划和探月一样,都是分为四步走的常规战略,也就是“绕、落、巡、回”。在萤火一号撘顺风车失败之后,中国就搁置了这个计划,选择了相信自己,不寄希望于任何人。

在此后的十数年里,中国火星探测计划虽然一直被外界误解,甚至指责连尝试的勇气都没有,但是航天人都格外的沉默,憋着一口气在做事情。

但是中国航天人憋着一口气,不是在生闷气,而是在悄悄发育!直到2020年宣布中国将一次性挑战三个任务时,所有人都惊呆了。

用一句俗语讲就是:别人看不起我没关系,我悄悄发育,然后惊艳所有人。不得不说,不得不说,这一波干得漂亮又解气!

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