天问一号一个月后到达火星,最难的一关还没到来

加速会 链财经 2021-01-13 09:42

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新京报讯(记者 倪伟) 据国家航天局消息,我国首个火星探测器天问一号将于今年2月中旬进入环火轨道,为着陆火星作准备。从去年7月23日起飞,天问一号漫长的奔火之旅还剩最后一个月,随后将环绕火星约3个月,5月中旬实施火星着陆与巡视。

天问一号是我国独立开展行星际探测的第一次任务,实现对火星的环绕、着陆、巡视。中国航天科技(000901,股吧)集团五院研究员、天问一号总设计师孙泽洲近期接受记者采访时称,火星探测每一步都有风险,风险最高的一步,是4个月之后的火星着陆。

奔火之旅最后一个月还要飞多远?

据国家航天局消息,截至1月3日,天问一号飞行里程突破了4亿公里,距离地球约1.3亿公里,距离火星约830万公里。

按计划,天问一号将于2月中旬,在临近火星后实施近火制动,也就是踩一脚“刹车”,减速后被火星“捕获”,进入环火轨道,为随后着陆火星作准备。

被火星捕获是整个任务中技术风险最高的环节之一,只有一次机会。“刹车”早了,探测器速度降得过低,会坠入大气层撞击火星;“刹车”晚了,探测器就会错过火星,直接飞向更远的深空。

天问一号的奔火旅途并非“走直线”,而是根据火星与地球间运行规律,在特定轨道飞行。火星与地球间距离存在周期性变化,最近时约5000万公里,最远时为4亿多公里。当天问一号抵达火星附近时,距离地球约1.9亿公里,总飞行里程将达到4.7亿公里,相当于飞了地球到月球距离的1.2万多倍。

到达火星轨道后,天问一号还要环绕火星轨道飞行3个月左右。国家航天局副局长、探月工程副总指挥吴艳华近期曾表示,天问一号预计5月中旬从火星轨道下降,实施火星着陆。

环绕火星的3个月里,天问一号将多次调整轨道,一次次从首选着陆点乌托邦平原上空掠过,观察着陆点,开展预着陆区成像探测。天问一号探测器总重约5吨,由环绕器和着陆巡视器组成,将着陆在火星上的是着陆巡视器,包括进入舱和火星车两部分。目前,环绕器已完成第三次在轨自检,各系统均工作正常。

天问一号着陆平台和火星车效果图,火星车重约240千克,约为玉兔二号月球车的两倍。图/国家航天局

天问一号将经历“短暂而唯一”的最难一关

天问一号是我国独立开展行星际探测的第一次任务,将通过一次任务实现对火星的环绕、着陆、巡视。通俗来说,天问一号要在火星轨道环绕,然后着陆在火星表面,再释放一辆火星车,在火星上开起来。

上个月,中国航天科技集团五院研究员、天问一号探测器总设计师孙泽洲接受新京报记者采访时表示,这三个环节中,难度最高的是着陆。

孙泽洲解释,难度之一在于,火星表面覆盖着稀薄的大气,进入火星的过程中,要利用大气减速,但我们对火星大气了解还不够。

此前,我国飞船返回舱和返回式卫星重返地球时,也会经历利用大气减速的过程,航天器的结构、外形、材料等都要进行特殊设计,以防在大气中烧毁,但火星稀薄的大气与地球大气层不同,因此航天器设计有很大差别。前不久,嫦娥五号着陆器和上升器也在月球表面实现了软着陆,看似与火星探测器着陆过程类似,但月球没有大气层,不用考虑大气对航天器的影响,因此也有很大差异。

第二个难度在于,进入火星大气的过程“开弓没有回头箭”,探测器必须具备足够的智能,判断所有突发情况。着陆过程大概持续7分钟,而信号从火星到地球传输一个来回需要约20分钟,不可能从地球发送指令。“一旦进入,就必须按照预定时序和节点衔接,出现任何问题都无法人工干预,地面人员来不及进行数据判读和发送指令。”孙泽洲说。

孙泽洲表示,之所以着陆比飞向火星、环绕和巡视更难,是因为这个过程“短暂而唯一”,没有第二次机会,错过无法弥补。“其他几个过程在时间上都没有那么苛刻的条件,遇到状况可以等一等,但着陆的过程没法暂停。”

不过,孙泽洲对整个任务抱有充分信心,“因为前期设计、地面验证都非常完备,升空之后整体表现也非常好。”但这毕竟是我国第一次火星任务,“出远门肯定会遇到一些想不到的事情,或者一些突发情况”,这是现阶段研制团队主要担心的事。孙泽洲说,如果天问一号遇到一些极端情况,将采取相应的预案,确保及时有效判断情况,采取措施。

天问一号将经过发射、地火转移、火星捕获、火星停泊、离轨着陆和科学探测六个阶段,计划5月着陆火星。图/国家航天局

前不久,我国嫦娥五号探测器顺利完成任务,带回44年来首批月球样品。几个月后,我国将再次实施更远星球的高难度探测。

孙泽洲说,我国深空探测从月球起步,火星探测是从月球向更远的深空进发。从技术上看,月球探测为火星探测奠定了很好的基础,天问一号之所以大胆地一步实现“绕落巡”,正是得益于月球着陆、巡视等任务的成功。

三大火星探测器都将在2月抵达

受地球与火星运行规律的影响,每26个月两者有一次距离最近的机会,持续约一个月,这成为从地球发射火星探测器的最佳窗口。

去年夏天,这个窗口来临,人类一共发射了三个火星探测器,除了中国的天问一号,还有美国的毅力号和阿联酋的希望号。毅力号与天问一号都携带了火星车,将着陆在火星,希望号则在火星轨道环绕探测。

目前,三个探测器都在奔火途中,并将在差不多的时间到达。据阿联酋火星任务团队发布的消息,预计希望号将在2月9日19时42分进入火星轨道。由于美国“前任”火星探测器们为毅力号选择好了登陆地点,毅力号将于2月18日直接在火星着陆。

据美国航空航天局消息,毅力号将探寻火星上过去是否存在微生物的迹象,并将采集样品封存在探测器中,以待未来技术更加先进后,继任的探测器能将这些样品带回地球。

新京报记者 倪伟

编辑 刘梦婕 校对 李铭

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