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“天問一號”踏上探火征程,深空探測下一步如何走?

2020/08/06
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如果“天問一號”進展順利,我國的深空探測能力和技術(shù)水平將實現(xiàn)跨越式發(fā)展,成為世界第三個在火星著陸,第二個在火星巡視的國家。

火星是開展深空探測的首選目標

最近 20 多年以來,幾乎每一個發(fā)射窗口都有火星探測器發(fā)射。今年 7 月,就有 3 個國家計劃實施火星探測任務(wù)。

以往的探測發(fā)現(xiàn)了存在水的證據(jù),火星上是否存在孕育生命條件以及火星是地球的過去還是地球的未來,成為火星研究重大科學問題。研究火星對認識地球演變具有非常重要的比較意義。

從工程實踐來看,火星探測相對于其他的行星探測也更容易實現(xiàn)。再從任務(wù)周期來看,金星、火星作為地球的鄰居,飛行時間大約需要 6—10 個月。而木星則需要飛行 7 年,水星也需要花費數(shù)年時間。

縱使探測火星遠比探測月球復雜困難,我國還是義無反顧地借“天問一號”開啟了火星探測之旅。

因為研究火星的環(huán)境變化可以對地球環(huán)境的保護帶來一定程度的指導意義,對太陽系起源及演化、甚至是生命起源及演化等重大科學問題也具有重要意義。

叩問蒼穹的深空之旅

塔斯社注意到,今年 4 月,中國的行星探測任務(wù)被正式命名為“天問”,首次火星探測任務(wù)命名為“天問一號”。

這個名字源自中國先秦大詩人屈原的長詩《天問》,象征著中華民族對求索宇宙真理的亙古之愛、對研究與創(chuàng)新的渴望,翻譯過來即為“叩問蒼穹”之意。

中國政府在其“十三五”規(guī)劃中將太空作為研究重點,尤其是深空探索和在軌航天器更是重中之重。

我國首次火星探測任務(wù) 2016 年正式立項,經(jīng)業(yè)界專家分析研判,最后提出一步實現(xiàn)“繞、著、巡”的工程目標。

如果 100%成功完成任務(wù),天問一號將成為全球第一個同時將環(huán)繞器、著陸器和巡視器一次性送上火星的國家,美國也做不到,這對美國的科技自信心也是一次降為打擊。

中國首次火星探測任務(wù)

北京時間 7 月 23 日 12 時 41 分,中國現(xiàn)役運載能力最強的長征五號火箭,在文昌航天發(fā)射中心成功執(zhí)行中國首次火星探測任務(wù)“天問一號”,中國首個火星探測器搭載“長征五號”遙四運載火箭踏上前往火星的征程。

預計在今年年底或明年年初,探測器將在火星著陸,展開為期半年的全球性和綜合性探測。

此次火星探測任務(wù)如果能夠順利完成,除了美國之外,中國將是第二個在火星上完成環(huán)繞、著陸、探測等任務(wù)的國家,也是首個第一次發(fā)射就成功的國家。

“天問一號”是登火第一步

遙遠的地火距離,是擺在火星探測前的第一道門檻。

雖然著陸平臺搭載的火星車,從進入火星大氣層到著陸只有短短的七分鐘,但從探測器上發(fā)出的電波,經(jīng)過幾億公里傳到地球后十分微弱,再加上宇宙噪聲,很容易把傳輸信號淹沒掉。

所以要完全依靠著陸器的自身本事,探測器也要有較高的自主性。

抵達火星之后,“天問一號”火星探測車不僅要在火星表面進行探測作業(yè),還要將它在上億公里之外的所見所聞傳回地球。

在正式開展探測作業(yè)前,著陸平臺要載著火星車完成大氣減速下降、落火、延伸坡道。

這對自動控制、返回式降落、軟著陸等技術(shù)指標,精度要求非常高。否則,探測器要么到達不了火星軌道,要么撞到火星上,要么就會飛越火星。

天問一號的最大亮點是:將通過一次發(fā)射,實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視三項任務(wù),開展對火星全球性和綜合性的探測,并對火星表面重點地區(qū)進行精細巡視勘察。

采用這種探火方式,起點高、效益高,在人類火星探測史上前所未有。

近段時間以來,隨著“天問一號”的成功發(fā)射,我國正式開啟了首次自主火星探測任務(wù)。近些年來,我國在航天事業(yè)上的大力投資,終究沒有白費。

火星探索的起步,代表了中國在深空探索領(lǐng)域已確定了下一個方向,中國的行星探測形成了整體概念。

錯過發(fā)射窗口將再等 2 年

之所以各國都擠在這段時間奔向火星,因為現(xiàn)在正值火星探測的發(fā)射窗口,如果錯過,下一次就等到到 26 個月之后了。

這和地球與火星的公轉(zhuǎn)周期有關(guān),因為兩顆星球的公轉(zhuǎn)速度不同,相對距離在在不斷變化,最近時有 5500 萬公里,最遠時超過 4 億公里。

每隔約 780 天太陽、地球和火星才會處在一條直線上,這時地球距離火星距離最近,也就是所謂“火星大沖”。

“霍曼轉(zhuǎn)移軌道”是目前探測火星最節(jié)省燃料,也是最高效的一條飛行路徑,這一路線同樣需要太陽、地球和火星處于相對合適的位置,但并不是在連成一線時,周期同樣是 26 個月左右。

深空探測下一步怎么走

我國探月工程的經(jīng)驗,以及大推力運載火箭、超 1 億公里測控等技術(shù)的突破,都為火星探測任務(wù)奠定了堅實基礎(chǔ)。

火星探測作為開放性的科學探索平臺,包括港澳地區(qū)高校在內(nèi)的全國多地研究機構(gòu)積極參與了研制過程,我國也與歐空局、法國、奧地利、阿根廷等國家和組織開展了多項合作。

國家航天局已經(jīng)與 40 多個國家簽署了 100 多份合作協(xié)議。國家航天局愿意與發(fā)達國家、航天大國進行合作,也愿意和一些發(fā)展中國家合作。

如果“天問一號”任務(wù)取得成功,中國計劃將宇航員送往火星。而且,除探索火星任務(wù)外,我國還計劃在 2022 年之前發(fā)射一個永久性的空間站,并正在考慮在 2030 年代向月球發(fā)射載人探測器。

結(jié)尾:

盡管地火距離更遠、著陸技術(shù)難度更大、工程的復雜程度更高,但中國在探月任務(wù)中,積累了大量的深空探測經(jīng)驗,天問一號或?qū)⑦M一步縮短中國與美國、俄羅斯等在深空探測技術(shù)方面的差距。

中國尚未超越美國的地外成就,但中國的火星探測任務(wù)表明,這兩個航天大國之間的技術(shù)差距正迅速縮小。

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