火星車(chē)的預(yù)測(cè)壽命為90個(gè)火星日

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編者按：本文來(lái)自微信公眾號(hào)“高山大學(xué)”（ID:gasadaxue），作者：朱珍，編輯：李嘉、鄧舒夏，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

北京時(shí)間2021年5月15日上午8時(shí)20分左右，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器成功著陸火星。

從1960年蘇聯(lián)首次嘗試發(fā)射，到1965年美國(guó)“水手4號(hào)”第一次傳回?cái)?shù)據(jù)，再到如今仍漫步在火星表面的“好奇號(hào)”，截止目前，人類(lèi)已經(jīng)實(shí)施火星探測(cè)活動(dòng)40多次，成功和部分成功的任務(wù)僅一半左右，能夠著陸火星并成功開(kāi)展探測(cè)任務(wù)的僅為個(gè)位數(shù)。

“天問(wèn)一號(hào)”的成功著陸，是中國(guó)航天領(lǐng)域的里程碑事件。從此刻開(kāi)始，我國(guó)火星探索邁出的第一步，穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)芈湓诹思t色星球的土地上。

為何繞轉(zhuǎn)火星3個(gè)月才著陸？

“天問(wèn)一號(hào)”于2020年7月發(fā)射升空，同期發(fā)射的美國(guó)“毅力號(hào)”早在今年2月18日便已成功著陸火星“耶澤洛”隕坑，但于2月10日率先到達(dá)火星軌道的“天問(wèn)一號(hào)”，為何要圍繞火星轉(zhuǎn)3個(gè)多月，多次進(jìn)行軌道調(diào)整，今天才最終著陸呢？

首先，到目前為止，美國(guó)登陸火星的探測(cè)器已有8個(gè)，早已獲取了大量的火星數(shù)據(jù)，無(wú)需花時(shí)間環(huán)繞火星飛行，可以直接登陸。而中國(guó)是個(gè)“探火”新手，因此要提前對(duì)火星著陸區(qū)成像，并采集數(shù)據(jù)，為登陸做足準(zhǔn)備。

另一方面，與“毅力號(hào)”任務(wù)不同，“天問(wèn)一號(hào)”將一次性完成環(huán)繞、著陸、巡視三大目標(biāo)任務(wù)。在航天史上，這是首例。還從來(lái)沒(méi)有任何一個(gè)國(guó)家以這種“極限”的方式執(zhí)行過(guò)行星探測(cè)任務(wù)。

“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射到著陸全過(guò)程3D動(dòng)畫(huà)，視頻源自科普中國(guó)

中國(guó)敢挑戰(zhàn)這樣的難度，得益于一系列嫦娥計(jì)劃的成功實(shí)施，讓中國(guó)航天不僅積累了大量技術(shù)，也增強(qiáng)了信心。

“天問(wèn)一號(hào)”在登陸火星之前的繞轉(zhuǎn)過(guò)程中，每一圈都經(jīng)過(guò)南北兩極，對(duì)火星各區(qū)域進(jìn)行全方位探測(cè)，測(cè)量火星上土壤特性和水冰分布，繪制火星的形態(tài)學(xué)和地質(zhì)學(xué)地圖。同時(shí)它還收集了部分火星電離層、電磁場(chǎng)和引力場(chǎng)的數(shù)據(jù)。

除此之外，“天問(wèn)一號(hào)”還需要對(duì)預(yù)設(shè)著陸點(diǎn)——烏托邦平原的陸區(qū)情況進(jìn)行觀察和研究，以找到最佳著陸窗口，避免遇上大的沙塵暴等惡劣天氣，從而保證探測(cè)器的安全穩(wěn)定著陸。

著陸過(guò)程是怎樣的？

雖然我國(guó)之前的探月任務(wù)中，探測(cè)器已經(jīng)多次成功軟著陸月球表面甚至是帶回了月壤，但相比月球，火星表面存在大氣，并且大氣壓為地球的1%，環(huán)境更加復(fù)雜，著陸條件自然也更是嚴(yán)苛。

探測(cè)器火星著陸過(guò)程常常被NASA稱(chēng)為“黑色七分鐘”甚至是“死亡七分鐘”。因?yàn)榛鹦桥c地球距離十分遙遠(yuǎn)，從地球到火星的通信往返時(shí)間為6到45分鐘，信號(hào)存在延遲，這導(dǎo)致整個(gè)著陸過(guò)程只能靠探測(cè)器自己判斷和執(zhí)行，地球地面無(wú)法做任何控制。

“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器的整個(gè)著陸過(guò)程為9分鐘左右。這意味著探測(cè)器在9分鐘內(nèi)將速度從約4.9 km/s降到0 km/s。

而完成這個(gè)任務(wù)的第一步，就是借助火星的大氣，然而空氣摩擦產(chǎn)生的巨大熱量沖擊也是“天問(wèn)一號(hào)”必須要面對(duì)的難題?！疤靻?wèn)一號(hào)”解決這個(gè)問(wèn)題依靠的是防熱盾，能夠在減速的同時(shí)，防止探測(cè)器被巨大熱量沖擊破壞。

在速度降低90%之后，探測(cè)器展開(kāi)隨身攜帶的減速傘，進(jìn)一步降低速度，直到速度降低到100 m/s以?xún)?nèi)，探測(cè)器拋棄了防熱盾和降落傘，開(kāi)啟反推發(fā)動(dòng)機(jī)，最終將速度降到了3.6 m/s后，進(jìn)入懸停階段，尋找合適的著陸點(diǎn)，從距離火星表面幾米高的地方做自由落體下落。

最后軟著陸瞬間，不同的探測(cè)器各顯神通，方法各不相同。

美國(guó)的“機(jī)遇號(hào)”“勇氣號(hào)”，是彈出一只氣囊，讓著陸器在上面蹦幾十次，直到?jīng)]有彈力。“毅力號(hào)”和“好奇號(hào)”采用的都是“空中吊車(chē)”的方式，即火星車(chē)被空中吊車(chē)懸吊著減速觸地，著陸后繩索會(huì)立即被切斷，空中吊車(chē)飛離。

“天問(wèn)一號(hào)”的著陸器由于體重較大，采用的是“支腿式”，在降落過(guò)程中，會(huì)伸出一個(gè)有彈性的緩沖支架，保證著陸器平穩(wěn)落地。最后，“天問(wèn)一號(hào)”的火星車(chē)“祝融號(hào)”從著陸器上滑下，“橫行”在火星的紅色土地上。

此時(shí)，由于“祝融號(hào)”無(wú)法直接與地球指揮中心取得聯(lián)系，“天問(wèn)一號(hào)”的環(huán)繞器環(huán)繞器會(huì)降低軌道，進(jìn)入一個(gè)近火點(diǎn)265公里、遠(yuǎn)火點(diǎn)12500公里，周期8個(gè)小時(shí)的軌道，為火星車(chē)提供通訊中繼。

著陸之后干什么？

“天問(wèn)一號(hào)”著陸在火星烏托邦平原南部。烏托邦平原位于火星北半球，相較于南半球坑洼不平的山地，北半球的平原是更為理想的降落區(qū)域，因?yàn)檫@里海拔更低，探測(cè)器會(huì)有更多時(shí)間用于減速。

地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為那里很可能是一個(gè)古海洋和古陸地的交界處，有很高的科學(xué)價(jià)值。

身高185cm，體重240kg的“祝融號(hào)”火星車(chē)在我們眼里是個(gè)大胖子，但六輪全驅(qū)的配置，讓“祝融號(hào)”在火星上能夠火力全開(kāi)，“橫行霸道”，即便一個(gè)輪胎受到損壞，火星車(chē)也能正常工作，十分靈活。

“祝融號(hào)”火星車(chē)采用我國(guó)自主研發(fā)的“正十一烷相變保溫系統(tǒng)”，能夠以太陽(yáng)能為動(dòng)力，同時(shí)為處在極寒環(huán)境中的火星車(chē)保溫，整個(gè)火星車(chē)的預(yù)測(cè)壽命為90個(gè)火星日（火星的一天約為24小時(shí)40分鐘，90個(gè)火星日約為92個(gè)地球日），但也有可能可以工作得更久。

在這短短一段時(shí)間內(nèi)，“天問(wèn)一號(hào)”的科學(xué)目標(biāo)包括：

（1）繪制火星地質(zhì)與形態(tài)的結(jié)構(gòu)圖；

（2）研究火星表層土壤特征和水冰分布結(jié)構(gòu)；

（3）分析火星表層物質(zhì)組成；

（4） 測(cè)量電離層以及火星表面的氣候和環(huán)境特征；

（5）加強(qiáng)研究人員對(duì)火星的物理場(chǎng)（電磁場(chǎng)、引力場(chǎng)）和次表層及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，所到之處但凡能收集到的資料，一網(wǎng)打盡。

90個(gè)火星日結(jié)束后，“天問(wèn)一號(hào)”環(huán)繞器還會(huì)再次降低軌道，進(jìn)入一個(gè)近火點(diǎn)265公里、遠(yuǎn)火點(diǎn)12000公里的“科學(xué)探測(cè)軌道”，對(duì)火星表面進(jìn)行至少一個(gè)火星年（約1.88個(gè)地球年）的近距離全球探測(cè)，同時(shí)也可以兼顧火星車(chē)的通訊中繼。

2016年首個(gè)“4.24中國(guó)航天日”會(huì)上，中國(guó)火星探測(cè)任務(wù)正式立項(xiàng)。如今“天問(wèn)一號(hào)”的一小步，是中國(guó)航天科學(xué)探索的一大步。期待“天問(wèn)一號(hào)”瑰麗壯美的火星之旅帶來(lái)更多激動(dòng)人心的好消息。

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網(wǎng)頁(yè)標(biāo)題：“天問(wèn)一號(hào)”成功著陸火星，三大疑問(wèn)揭秘你想知道的那些事兒
新聞來(lái)源：http://jinyejixie.com/article2/scscoc.html

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