火星你好,天问来访!
①自2020年7月23日在文昌航天发射场启程,天问一号经历了长达近7个月的“奔火”之旅和3个月的“环火”之旅,如今成功“登火”做客,并且即将开展巡视探测。
看点一征途漫漫,天问一号进行环绕探测
②由于地球与火星之间距离迢迢,天问一号探火的旅程可谓征途漫漫。
③从工程设计来看,我国首次火星探测任务过程包括发射段、地火转移段、火星捕获段、停泊段、离轨着陆段和科学探测等6个阶段。
④2020年7月23日,天问一号在文昌航天发射场飞向遥远深空。按照预先设计的精准轨道,天问一号在浩渺无垠的太空中飞行了202天,飞行里程约4.75亿千米,其间实施了1次深空机动和4次中途修正,终于在2021年2月10日成功实施火星捕获,从地火转移轨道进入到环火轨道。
⑤2月10日19时52分,天问一号探测器成功实施火星捕获,实现“绕、着、巡”目标的第一步。
⑥进入火星轨道后,天问一号探测器经过几次调整,于2月24日成功实施第三次近火制动,进入火星停泊轨道,开展了为期约3个月的环绕探测。
⑦为什么在轨探测这么久?专家介绍,天问一号探测器在火星停泊轨道运行,绕火期间一次次从首选着陆点乌托邦平原上空掠过。经过预定着陆区上空时,天问一号会利用中分辨率相机、高分辨率相机、光谱仪等载荷设备对预定着陆区进行详查,主要探测预定着陆区的地形、地貌以及是否存在沙尘天气等,为着陆巡视器安全着陆做好准备。
看点二登陆是火星探测最关键环节,主要面临三大难点
⑧首先是火星环境的不确知性,增加了着陆的不确定性。火星表面有一层稀薄的大气,与月球和地球的环境截然不同。月球没有大气,着陆过程完全靠反推发动机减速,干扰因素少;火星大气稀薄且受季节、夜昼、火星风暴等影响非常不稳定;火星尘暴也较地球更为严重。这些都会带来很大风险。
⑨其次,着陆过程较为复杂,短时间内完成多个动作,不容半分差错。每个环节都必须确保精准无误,差一秒都可能造成整个任务的失败。
⑩第三,距离遥远,只能靠着陆巡视器全程自主控制。着陆时,火星和地球的距离达到3.2亿千米,无线电信号一来一往大约35分钟,地面不可能直接遥控,所有动作触发条件的测量、判断,所有动作的执行,包括最后阶段通过拍摄着陆区的图像并选择满足条件的着陆点,均是自主测量、自主判断、自主控制。
看点三惊心动魄的9分钟,环环相扣、步步惊心
⑪天问一号的降落过程历时约9分钟,大致分为气动减速段、降落伞减速段和动力减速段。9分钟内,着陆巡视器要完成10多个动作,每个动作都要一气呵成,而且只有一次机会,可以说是环环相扣、步步惊心。
⑫天问一号在进入火星大气层以后首先借助火星大气,进行气动减速。这个过程中克服了高温和姿态偏差,气动减速完成后天问一号的下降速度也减掉了90%左右。
⑬紧接着天问一号打开降落伞,进行伞系减速,主要有降落伞展开、抛大底、抛伞抛背罩几个步骤。超音速降落伞是减速技术中难度最大的一个环节,这个过程存在开伞困难、开伞不稳定等问题。
⑭当速度降至100米/秒时,天问一号通过反推发动机进行减速,由大气减速阶段进入动力减速阶段。在距离火星地表100米时天问一号进入悬停阶段,完成精避障和缓速下降后,着陆巡视器在缓冲机构的保护下,抵达火星表面。
看点四“祝融号”火星车,将在火星展开巡视探测
⑮天问一号成功着陆,一切准备就绪后,火星车“祝融号”将自主驶离着陆平台,抵达火星,开始新的征程。
⑯“祝融号”以3天为一个工作周期。受到火星苛刻的环境影响,火星车每次只能“工作”一两个小时,工作内容主要包括环境感知、科学探测、数据下传等。
⑰如果只看图片,火星的地貌似乎与地球上的沙漠戈壁无异。但火星上的风速可达180米/秒,几乎是地球上特大台风风速的3倍还多。强烈的风速会掀起大量的沙尘、石块,形成特大沙暴,对火星车的生存造成严峻考验
⑱在太阳系类地行星中,火星的自然条件与地球最为类似。从外形上来看,火星半径大致是地球的一半,体积是地球的1/7,质量是地球的1/10。从地表温度来看,火星与地球最为接近。就连一年四季的变换和一天的时间,也相差无几。火星的一天是24小时39分35秒,比地球长了约40分钟。
⑲从工程实践来看,按照目前的技术手段,火星探测相对于其他的行星探测,也更容易实现。
⑳中国首次火星探测任务工程总设计师张荣桥表示,天问一号是我国行星探测的起点,通过这次任务的实施,在火星使命牵引下的新一轮创新,对实现航天技术领域新跨越、推动我国由航天大国走向航天强国意义重大。
——《人民日报》2021年5月16日,有删改