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火星,我们来了!

2020年07月24日
从古至今,人类对火星的向往从未停止。
7月22日,中国首辆火星车——“中国首次火星探测任务天问一号1∶1着陆平台和火星车”正式发布。
2020年7月23日12时41分,长征五号遥四运载火箭托举着我国首次火星探测任务“天问一号”探测器,在中国文昌航天发射场点火升空。
任务目标是实现火星环绕、着陆和巡视探测,标志着我国迈出自主火星探测的第一步。
终于!火星我们来了。但是去火星究竟有多难?火星上有可能会发现什么?今天就来说说...
登陆火星到底难在哪里?
天问一号的着陆器要抵达火星表面,就要接受恐怖的七分钟考验。
1、着陆器安全问题
火星上的大气虽然稀薄,但仍然可以烧毁着陆器。
天问一号着陆器前端有一个整流罩,这是一个隔热装置,用于保护天问一号的着陆器,其使用的是航天级的耐热材料制造,这方面我们不存在技术瓶颈。
天问一号整体样貌,图片来源:航天科技集团
2、七至八分钟内速度降低到零
登陆火星最关键的是自动着陆技术
在开始着陆程序时,从火星将信号传递到地球需要十分钟以上, 此时地面指令无法及时传送到着陆器,需要着陆器自主完成着陆过程。
为什么一定要在今年这个时间段发射?
在过去20年内,我们听说最多的是探月任务——嫦娥工程,对38万公里外的月球进行探测。
而火星距离地球5500万公里至4亿公里不等,地球和火星轨道约每2年(严格上说是每26个月)接近一次,因此探测火星的窗口每2年开启一次。
在发射年的7月至8月,是火星探测的窗口期,在这个时间段发射探测器前往火星可通过地-火霍曼转移轨道节省燃料和里程,耗时最短,大约要飞行200天左右,相当于7个月左右的时间就能抵达火星。
天问一号整装待发,图片来源:央视
2020年,除了我国的天问一号外,美国宇航局“毅力号”核动力火星车、阿联酋“希望号”火星探测器等,都在这前后前往火星。
天问一号优势在哪里?
1、中国目前飞得最远的探测器
嫦娥二号曾在2011年抵达150万公里外的拉格朗日L2点,实现了中国航天从38万公里地月距离到150万公里的跨越。
而天问一号将完成从150万公里到5500万公里的跨越,这是对深空测控一次新的考验。
2、首次一次性实现绕、落、巡三个步骤
天问一号火星探测器总质量为5吨,分为三个部分:轨道器、着陆器和巡视器。
天问一号飞往火星的想象图,图片来源:航天科技集团
着陆器和巡视器组合体在抵达火星时与轨道器脱离,前者搭载了探地雷达、火星地表磁场探测器、气候探测仪等。将收集到的科学参数为火星土壤厚度、组分、土壤化学分析、寻找生物分子信号等。
本次探测任务将实现哪些新里程?
1、首次在火星轨道上释放着陆器
天问一号释放着陆器,这就意味着超越了欧洲空间局,欧洲空间局“猎兔犬2号”火星着陆器由于失联导致着落任务失败。
2、首次在火星表面释放巡视器
天问一号释放一辆巡视器,或者说是一个小型火星车,如果成功就达到美国宇航局的技术水平。
目前能够在火星上释放巡视器的国家只有美国,天问一号如果实现,那火星只有中美两国的车轮可以在上面开。
3、奠定技术标准
在完成这些操作后,如果能成功收集到火星土壤数据,那基本可以奠定相关技术标准。
4、加入探索火星的队伍
美国宇航局从2003年的“勇气号”和“机遇号”,到2011年的“好奇号”核动力火星车,以及今年的“毅力号”核动力火星车,都在找火星水和生命痕迹。
好奇号火星车在火星上的自拍,图片来源:NASA
这里面比拼的不仅仅是航天技术硬件能力,还有基础科学是否扎实。在化学分析、仪器分析领域是欧美的强项,找火星生命就需要基础科学理论及其分析仪器的支持。
因此登陆火星不仅是航天技术方面的事,还需要物化和地质科学家、以及仪器生产商参与,从一个小细节就能折射出一个国家的综合实力。
未来还有哪些计划?
1、寻找火星生命和如何建造火星基地
天问一号释放的巡视器采用太阳能电池板收集能量,这意味着巡视器的寿命需要考虑火星沙尘暴、轨道光强等因素。
美国宇航局机遇号火星车就遭遇一次险情,本来火星上的沙尘暴已经把太阳能电池板覆盖住,导致机遇号电力损失太大,结果神奇的一阵风将风沙给吹散了,让火星车重新充满了电。
天问一号将第一次探索火星的水平拔高了很多。掌握绕、落、巡三步这一技术后,我国第二步火星探测可能就会把注意力集中到寻找火星生命和如何建造火星基地上。
2、载人登陆火星
根据美国宇航局、马斯克登陆火星的时间表,载人登陆火星预计在2040年前完成,因此接下来我国的火星探测仍然需要更大的投入,最终将航天员送到火星上。
天问一号任务的意义无疑是相当重大的,开启了我国向火星拓展的第一步。
火星,我们来了!
本文专家:林文杰,工程师,川陀智库研究员
本文审稿:刘勇,中科院国家空间科学中心研究员,博士生导师,中国科学院“百人计划”学者
来源:科普中国公众号