中國天問一號成功登陸火星!比NASA早7天發射,為何晚3個月登陸?

薛定諤的貓 2021/05/15 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

登陸火星究竟有多難?

我們生活在地球上,可以通過很多方式去監測地球大氣的風速、氣壓和密度,從而確保航天器再入大氣時的安全。然而,人類對於火星的大氣環境知之甚少,導致登陸火星充滿了未知的危險,很多登陸火星的探測器都是倒在這裡。

另外,登陸火星對於探測器的自主降落能力提出了極高的要求。這是因為地球和火星相距遙遠,通信存在很大的延遲,地球上的控制中心不可能即時控制著火星上的探測器。

目前,火星正是遠離地球的時候,地火的距離達到了3.18億公里。從地球上發射出的無線電信號以光速傳播,也要17.7分鐘的時間才能抵達火星。因此,只能全權交由探測器自主降落火星。

因此,登陸火星的難度極高。在天問一號之前,已經有20個探測器嘗試登陸火星,其中只有10個成功登陸,成功率僅為50%。最早登陸火星的是蘇聯發射的火星3號,它於1971年首次成功登陸火星,但它登陸後只運行了14秒。

美國的成功率最高,NASA先後10次嘗試登陸火星,9次取得成功,只有1999年發射的火星極地著陸者號在登陸火星時失聯。最早登陸火星的是1976年的海盜2號,它與天問一號一樣,也是登陸烏托邦平原。最近一次是在今年2月19日登陸火星的毅力號,它還帶了一架無人直升飛機——機智號,並在火星上實現首飛。

那麼,天問一號是如何登陸火星的呢?

天問一號的「恐怖7分鐘」

天問一號由軌道器、著陸器和巡視器(祝融號火星車)組成,著巡組合體放置於氣動外罩之中。軌道器先與著巡組合體分離,它將繼續繞著火星飛行,為著陸器和地球提供中繼通信。

在大約125公里的高度,著巡組合體以11.2°的進入角和4.8公里/秒的速度進入火星大氣。由於速度極快,巡組合體強烈壓縮前方氣體,產生極強的氣動加熱效應,導致氣動外罩底部的隔熱盾溫度升高至上千度。

經過4.7分鐘的大氣減速之後,著巡組合體的速度降為460米/秒,溫度也得到大幅降低。在這種超音速下,降落傘打開,讓航天器充分減速。過了40秒後,隔熱盾拋離,速度降為250米/秒。

到了距離火星表面1.5公里時,降落傘和氣動外罩的上部分一同被拋離,並啟動反推火箭進行減速。到了高度為100米時,著巡組合體懸停在空中,它所攜帶的雷達和光學相機將會尋找合適的降落點。

最後,天問一號著巡組合體穩穩地降落在火星表面上,中國的探測器第一次造訪這顆紅色星球。預計一周之後,祝融號火星車將會行駛在火星上。

天問一號比毅力號早一周發射,為什麼卻會晚三個月登陸火星?

在中國的天問一號去年離開地球7天之後,NASA的毅力號也踏上了奔赴火星的旅程。但在今年2月19日飛抵火星的當天,毅力號直接成功登陸火星。而天問一號直到三個月後才登上火星,這是為什麼呢?

首先,NASA已經對火星開展過一系列探測,充分瞭解了火星的地形地貌,毅力號早在離開地球之前就已經選擇好著陸點。在火星軌道上,NASA還有多枚探測器在運行,包括火星勘測軌道飛行器(MRO)和火星大氣與揮發演化探測器(MAVEN)。NASA已經有軌道器進行中繼通信,毅力號就不需要攜帶軌道器。再加上NASA已經有過7次成功登陸火星的經驗,因此,一到火星之後,毅力號就能直接登陸火星。

相比之下,這是中國航太首次自主執行的火星任務,一切充滿了未知數,需要採取穩紮穩打的策略。天問一號到達火星之後,先要對火星地貌進行高解析度成像,以找出合適的著陸點。還需要繞著火星飛行的軌道器進行中繼通信,為火星上的著巡組合體和地球上的控制中心牽線搭橋。

另外,火星上的全球性沙塵暴也是一大因素。火星每年都會刮起嚴重的沙塵暴,有時甚至擴散到全球,當年NASA的機遇號火星車就因為沙塵暴而徹底失聯報廢。此前的觀測資料顯示,每年的火星春天至夏天期間,北半球都沒有出現過沙塵暴。目前的火星較為平靜,天問一號在5月中旬降落火星是最為穩妥的。

 

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