首次火星探測(cè)對(duì)中國(guó)航天意味著什么？
2020-07-24 09:28:54
來(lái)源：新華網(wǎng)-思客
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2020年7月23日12時(shí)41分，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭托舉著我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器，在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空。
▲“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射升空 來(lái)源：@新華視點(diǎn)
2020年是中國(guó)火星探測(cè)元年。
萬(wàn)眾期待下，天問(wèn)一號(hào)順利升空，將為中國(guó)打開(kāi)火星之門(mén)，使我們真正進(jìn)入深空、走近火星。
登陸火星有多難？各國(guó)又為何“扎堆”去火星？大家口中所說(shuō)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(lái)自帶一抹神秘色彩。早從60年前開(kāi)始，人類(lèi)就開(kāi)啟了對(duì)這顆赤色星球的探索。
然而，幾十年間，探測(cè)的成功率卻不足一半。
▲這張自然色照片反映了火星的真實(shí)顏色。
有數(shù)據(jù)顯示，自上世紀(jì)60年代以來(lái)，人類(lèi)的火星探測(cè)活動(dòng)達(dá)40多次，成功率卻不到50%，其余的項(xiàng)目都出現(xiàn)探測(cè)器撞毀、失靈或失蹤等情況。
為此，在業(yè)界火星甚至被稱(chēng)為“探測(cè)器墳場(chǎng)”，其探測(cè)難度可想而知。
火星探測(cè)為何如此之難？
地火兩星相隔甚遠(yuǎn)是一大原因。
我們常說(shuō)火星是地球的鄰居，但它卻實(shí)在算不上“近鄰”。據(jù)測(cè)算，地火之間最遠(yuǎn)距離約4億公里，最近距離也有約5500萬(wàn)公里，是地月距離的150倍。
從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，月球與地球的距離幾乎”近在咫尺”。
▲最近時(shí)火星和地球的距離相比于地月距離的比例。來(lái)源：果殼
因此火星探測(cè)器在抵達(dá)目的地之前，往往需要飛行很長(zhǎng)的距離，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7-8個(gè)月。
在這個(gè)長(zhǎng)途旅行中，對(duì)探測(cè)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(yáng)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(xiàn)距離最近的時(shí)候，此時(shí)兩行星距離約為5500萬(wàn)公里。
而在這一時(shí)刻前后，從地球發(fā)射火星探測(cè)器，能讓人類(lèi)“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。
▲地球（內(nèi)）、火星（外）公轉(zhuǎn)及距離關(guān)系示意圖。來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，此時(shí)是“抄近路”去火星的最佳機(jī)會(huì)，航天工程上所說(shuō)的發(fā)射“窗口期”也由此而來(lái)。
今夏的7至8月，全球就迎來(lái)了發(fā)射火星探測(cè)器的這一“高光時(shí)刻”。有能力進(jìn)行火星探測(cè)的國(guó)家，當(dāng)然都不愿錯(cuò)過(guò)這個(gè)“窗口期”。
因此，也就不難理解為何會(huì)出現(xiàn)多個(gè)國(guó)家“扎堆”去火星的狀況。畢竟如果錯(cuò)過(guò)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(hào)”，此次天問(wèn)一號(hào)是我國(guó)自主發(fā)射的第一顆火星探測(cè)器。
為了一步到位，“少花錢(qián)，多辦事”。我國(guó)首次火星探測(cè)計(jì)劃通過(guò)一次發(fā)射，完成“繞、落、巡”三大探測(cè)任務(wù)，這是世界航天史上從未有過(guò)的。據(jù)了解，美國(guó)海盜1號(hào)、海盜2號(hào)火星探測(cè)器也僅僅是通過(guò)一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞、著陸兩種探測(cè)目標(biāo)。
為此，天問(wèn)一號(hào)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(chē)），將分別實(shí)現(xiàn)“火星環(huán)繞”、“火星表面降落”、“巡視探測(cè)”三項(xiàng)探測(cè)任務(wù)。
這也是天問(wèn)一號(hào)明顯不同于另外兩個(gè)火星探測(cè)器的地方。據(jù)悉，美國(guó)將發(fā)射的“毅力號(hào)”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(hào)”則只有環(huán)繞探測(cè)器。
天問(wèn)一號(hào)除了完成這三大探測(cè)任務(wù)之外，還設(shè)定了5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(cè)任務(wù)中，最難的是便是著陸這一關(guān)。由于地火距離遙遠(yuǎn)，因此火星探測(cè)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(guò)程種，要在7分鐘內(nèi)將探測(cè)器的時(shí)速?gòu)?萬(wàn)千米降低到零。
正是這個(gè)過(guò)程，被稱(chēng)之為“恐怖7分鐘”。這一階段，探測(cè)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。
▲火星探測(cè)器著陸動(dòng)畫(huà)示意。來(lái)源：央視新聞
而由于著陸過(guò)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(guò)1000個(gè)動(dòng)作的降落過(guò)程必須依靠火星探測(cè)器自主完成，對(duì)軟件和硬件的要求極高。
▲我國(guó)首輛火星車(chē)亮相！來(lái)源：央視新聞
然而，茫茫深空中，失之毫厘，謬以千里。
歷史上許多探測(cè)器都在這“恐怖7分鐘”里功虧一簣。例如2016年10月20日，歐洲“火星生物學(xué)-2016”中的“夏帕雷利”，因?yàn)?秒的計(jì)算失誤導(dǎo)致降落傘與防熱罩提前分離，最終硬著陸而撞毀。
因此雖然著陸器降落時(shí)間短暫，但它的成功與否，卻直接決定著整個(gè)火星任務(wù)的成敗。
我們?yōu)槭裁匆欢ㄒセ鹦牵?/strong>
月球之后，人類(lèi)選擇下一個(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(lái)人類(lèi)最有可能移居的行星，這些都吸引著多個(gè)國(guó)家去探索這顆神秘星球。
▲火星表面示意圖。來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)。
從20世紀(jì)60年代起，人類(lèi)就開(kāi)始不斷地向火星發(fā)射探測(cè)器，然而成功著陸火星的國(guó)家只有美國(guó)。
火星探測(cè)作為航天強(qiáng)國(guó)的重要標(biāo)志之一，在這一深空探測(cè)的科學(xué)浪潮中，又豈能少了中國(guó)的身影？
如果說(shuō)此前探測(cè)月球只是“熱身運(yùn)動(dòng)”，是為探測(cè)火星作準(zhǔn)備，那么經(jīng)過(guò)多年來(lái)的打基礎(chǔ)、練技術(shù)，目前的中國(guó)已具備開(kāi)展自主火星探測(cè)的能力。
天問(wèn)一號(hào)，成功升空，僅僅是邁向深空的第一步。數(shù)月后，如果我國(guó)天問(wèn)一號(hào)的任務(wù)圓滿(mǎn)成功，那么我國(guó)將成世界上第二個(gè)登陸火星的國(guó)家，也代表著我國(guó)深空探測(cè)技術(shù)水平站到了世界前列。
回首50載，中國(guó)航天，逐月追星，步履從未停歇。
人類(lèi)航天的未來(lái)，必將是宇宙的星辰大海。
火星，我們來(lái)了！
參考資料：
1.《“天問(wèn)一號(hào)”就位！目標(biāo)：火星！》，中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)，2020年7月17日
2.《近期“扎堆”火星探測(cè)為哪般？》，中國(guó)新聞社，2020年7月19日
3.《一次性實(shí)現(xiàn)“繞落巡”三步走！中國(guó)首次火星探測(cè)為啥這么牛？》，科技日?qǐng)?bào)，2020年4月24日
4.《為了去火星，你知道天問(wèn)一號(hào)有多努力嗎？》，果殼，2020年5月6日
5.《“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射在即，我們?yōu)槭裁匆セ鹦牵俊?，中?guó)科普網(wǎng)，2020年7月18日
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策劃：劉娟
監(jiān)制：李曉云
作者：郭建偉 舒克凡
校對(duì)：祁麗君
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