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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:1570

中国天问一号成功登陆火星!比NASA7天发射,为何晚3个月登陆?

来源:火星科普

2021-05-15

 

激动人心的时刻!2021515,我国的天问一号着陆器和巡视器组合体成功着陆火星最大平原——乌托邦平原,创造了中国航天史上的新里程碑,这一历史性时刻必将载入中国航天的光辉史册!中国航天从此真正走向深空,开始探索更为广阔的宇宙。

登陆火星面临着九死一生的挑战,整个过程凶险无比,持续大约7分钟的时间,故又被称为“恐怖7分钟”,这一切与未知的火星大气有关。虽然火星大气十分稀薄,表面大气压仅为地球表面大气压的0.628%,但这稀薄的大气成了登陆火星的梦魇。

登陆火星究竟有多难?

我们生活在地球上,可以通过很多方式去监测地球大气的风速、气压和密度,从而确保航天器再入大气时的安全。然而,人类对于火星的大气环境知之甚少,导致登陆火星充满了未知的危险,很多登陆火星的探测器都是殒命于此。

另外,登陆火星对于探测器的自主降落能力提出了极高的要求。这是因为地球和火星相距遥远,通信存在很大的延迟,地球上的控制中心不可能实时控制着火星上的探测器。

目前,火星正是远离地球的时候,地火的距离达到了3.18亿公里。从地球上发射出的无线电信号以光速传播,也要17.7分钟的时间才能抵达火星。因此,只能全权交由探测器自主降落火星。

因此,登陆火星的难度极高。在天问一号之前,已经有20个探测器尝试登陆火星,其中只有10个成功登陆,成功率仅为50%。最早登陆火星的是苏联发射的火星3号,它于1971年首次成功登陆火星,但它登陆后只运行了14秒,这后就失联了。

美国的成功率最高,NASA先后10次尝试登陆火星,9次取得成功,只有1999年发射的火星极地着陆者号在登陆火星时失联。最早登陆火星的是1976年的海盗2号,它与天问一号一样,也是登陆乌托邦平原。最近一次是在今年219日登陆火星的毅力号,它还带了一架无人直升飞机——机智号,并在火星上实现首飞。

由此可见,我国一次就成功登陆火星有多么不容易。那么,天问一号是如何登陆火星的呢?

天问一号的“恐怖7分钟”

天问一号由轨道器、着陆器和巡视器(祝融号火星车)组成,着巡组合体放置于气动外罩之中。轨道器先与着巡组合体分离,它将继续绕着火星飞行,为着陆器和地球提供中继通信。

在大约125公里的高度,着巡组合体以11.2°的进入角和4.8公里/秒的速度进入火星大气。由于速度极快,巡组合体强烈压缩前方气体,产生极强的气动加热效应,导致气动外罩底部的隔热盾温度升高至上千度。

经过4.7分钟的大气减速之后,着巡组合体的速度降为460/秒,温度也得到大幅降低。在这种超音速下,降落伞打开,让航天器充分减速。过了40秒后,隔热盾抛离,速度降为250/秒。

到了距离火星表面1.5公里时,降落伞和气动外罩的上部分一同被抛离,并启动反推火箭进行减速。到了高度为100时,着巡组合体悬停在空中,它所携带的雷达和光学相机将会寻找合适的降落点。

最后,天问一号着巡组合体稳稳地降落在火星表面上,中国的探测器第一次造访这颗红色星球。预计一周之后,祝融号火星车将会行驶在火星上。

天问一号比美国的毅力号早一周发射,为什么却会晚三个月登陆火星?

在我国的天问一号去年离开地球7天之后,美国NASA的毅力号也踏上了奔赴火星的旅程。但在今年219日飞抵火星的当天,毅力号直接成功登陆火星。而天问一号直到三个月后才登上火星,这是为什么呢?

首先,NASA已经对火星开展过一系列探测,充分了解了火星的地形地貌,毅力号早在离开地球之前就已经选择好着陆点。在火星轨道上,NASA还有多枚探测器在运行,包括火星勘测轨道飞行器(MRO)和火星大气与挥发演化探测器(MAVEN)。NASA已经有轨道器进行中继通信,毅力号就不需要携带轨道器。再加上NASA已经有过7次成功登陆火星的经验,因此,一到火星之后,毅力号就能直接登陆火星。

相比之下,这是中国航天首次自主执行的火星任务,一切充满了未知数,我们需要采取稳扎稳打的策略。天问一号到达火星之后,先要对火星地貌进行高分辨率成像,以找出合适的着陆点。我们还需要绕着火星飞行的轨道器进行中继通信,为火星上的着巡组合体和地球上的控制中心牵线搭桥。

另外,火星上的全球性沙尘暴也是一大因素。火星每年都会刮起严重的沙尘暴,有时甚至扩散到全球,当年NASA的机遇号火星车就因为沙尘暴而彻底失联报废。此前的观测数据显示,每年的火星春天至夏天期间,北半球都没有出现过沙尘暴。目前的火星较为平静,天问一号在5月中旬降落火星是最为稳妥的。

总之,我国的天问一号已经创造了世界纪录,一次性实现了绕火、落火和巡火,这在世界航天史上绝无仅有。接下来,祝融号火星车将会在火星上漫游,期待它能为我们带来更多的新发现。


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