火星探测器 祝融号成功踏上火星:着陆有多不容易?为何要“墨迹”三个月?

等了好久终于等到今天,盼了好久终于把梦实现!2021年5月15日,在历经296天的飞行后,“天问一号”火星探测器所携带的着陆组合体和祝融号火星车成功降落在火星北半球的“乌托邦平原”,创中国航天历史新篇章,也成为继苏联、美国后第三个“踏上火星”的国家。
火星探测器 祝融号成功踏上火星:着陆有多不容易?为何要“墨迹”三个月?
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那这次着陆有多么的不容易?为什么明明比NASA毅力号早发射一个星期,却要晚三个月才登上火星?祝融号火星车的探测任务面临哪些难题呢?
天问一号为什么要晚三个月呢?
天问一号探测器是在2020年7月23日发射、2021年2月10日进入环火星轨道,5月15日才成功登陆火星。而NASA的毅力号是在2020年7月30日发射,于2021年2月18日抵达火星并当天直接着陆。天问一号为什么会在环火轨道上“墨迹”三个月呢?
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答案其实很简单,天问一号要收集属于自己的第一手火星数据。在这3个月的时间里,天问一号先是花半个月时间进行调整轨道,从最初进入火星的低倾角大椭圆轨道,慢慢调整倾角接近于90度的极地轨道。然后接下来就是用相机拍照,收集海里的火星地形地貌、天气环境等火星环境数据,最后挑选好日子,登陆火星。虽然国际上也有公开的火星环境数据,但你懂的。作为一个探索火星的萌新,这点谨慎还是要有的。
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毅力号之所以敢一头扎进火星的原因除了任务设计不同,也有艺高人胆大的因素。但最重要的是,需要对降落地点特别了解,甚至可以说是精准。而且毅力号属于NASA的第四代火星探测器,经过前4辆火星车的经验积累,已经掌握了非常详细的关于降落地点的数据,所以它就没必要再围绕火星飞行探测,毕竟绕行飞行也需要极大的成本(燃料)。
着陆火星有多么的不容易!
登陆一颗陌生的星球,大体分为三步:绕、落、巡。其中最困难的一步就是“落”,即降落(着陆)。
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这个“落”有多难呢?一组数据可以显示:自1960年以来,人类共发射了46颗火星探测器,成功20次,成功率只有43.5%,一半都不到。其实天问一号也不是我国第一颗发射火星探测器,俄罗斯曾在2011年我们发射过“萤火一号”,不料搭载着萤火一号的俄罗斯火箭出现异常,导致萤火一号无法离开地球轨道,最终坠毁地球大气层。
实际上,登陆火星难度最大、失败率最高原因是火星大气压力低,不到地球表面压力的1%。这意味着任何探测器都将非常迅速地下降到地面,而且探测器进入火星大气的时速约为21000千米,需要在7-9分钟内,将时速从约每小时2万公里降至0,所以又有“黑色七分钟”来形容降落火星的过程。更重要的是,降落必须自主完成,因为从地球的光传输时间为3至22分钟,这种延迟传输意味着我们无法驾驭探测器的快速降落,全靠自主。
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自主,对软件和硬件要求极高,而且步骤环环相扣。一旦出现丝毫错误,就会成为火星上的人造垃圾。
苏联曾在1962-1969年间共发射5个火星探测器,但全部失败。直到1971年,苏联的火星3号成功登陆火星,成为第一个登陆火星的探测器。不过也仅限于此,因为它在坚持14.5秒后便失去了联系。另外欧航局曾在2003年、2016年相继发射火星探测器“Beagle 2”和“Schiaparelli EDM lander”,不过一个降落后失联,一个计算错误过早抛弃降落伞导致砸在火星上。
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登陆火星失败的案例比比皆是,作为第一次探索火星的萌新“天问一号”似乎异常顺利,顺利发射、顺利抵达火星、顺利降落火星,一切都好像理所当然。而一旦祝融号火星车在火星上正常开“巡”,就意味着中国仅用一颗火星探测器就走完了美国数十年的历程。从这一点上,不得不说我国航天技术和航天工作者真的是“牛掰格拉斯”。
“祝融号”动起来面临的考验!
“祝融号”高1米85、重240公斤左右,搭载六种科学仪器,预计将在火星上运行约90火星天(大约93个地球日;火星上的一天比地球上的一天要长40分钟左右)。和NASA的毅力号放直升机、又制氧的任务不同,祝融号的核心任务比较朴实,就是拍照。

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