“天问一号”如何到达火星

我国即将发射“天问一号”火星探测器,“天问一号”是我国太阳系行星探测的开端。我们就来聊一聊“天问一号”如何到达火星。

根据消息“天问一号”会在7月20日至7月25日从海南文昌发射基地发射。“天问一号”将搭乘长征五号运载火箭进入太空。进入太空后“天问一号”将会用霍曼转移轨道从地球到达火星。霍曼转移轨道是探测器在从一个天体的公转轨道转移到另一个天体的公转轨道时,消耗最少的能量。

“天问一号”探测器重约5吨(含燃料),由一个环绕器和一个着陆器巡视器组合体组成。“天问一号”将由长征五号发射,由于长征五号的运载能力非常的大,可以直接将天问一号送入地球和火星的霍曼转移轨道而不经过变轨。这样可以节省不少探测器的燃料。

在“天问一号”进入地球与火星霍曼转移轨道后其将会经过长达7个月左右的飞行在。在2021年2月11日“天问一号”到达霍曼转移轨道的远日点此时正好与火星的公转轨道相交。“天问一号”的飞行速度是第二宇宙速度无法被火星引力捕获,这时“天问一号”就需要用发动机来进行减速让火星可以捕获它。这是火星探测器经历的一个难点,曾经有多个火星探测器因没有被火星引力捕获而使任务失败。被火星捕获后“天问一号”进入环绕火星的一个大椭圆轨道,之后在大椭圆轨道离火星最近距离的地方再次减速进入一个小椭圆轨道。在进入火星的小椭圆轨道后“天问一号”可以根据任务需求进行变轨。“天问一号”开始对火星进行探测,对火星车可能的着陆区进行重点拍照分析。

按照计划在2021年4月23号环绕器与着陆巡视器分离。着陆巡视器开始降落在火星表面,这个过程是“天问一号”任务最难的部分。降落过程大约有7分钟 ,在这七八分钟内有四个减速阶段,要从约4.8km/s的速度减速至着陆火星表面也就是0。

首先,探测器会瞄准进入火星大气层的一个窄窄的进入走廊——角度太大会导致与大气摩擦温度升高过于剧烈,角度太小又实现不了进入火星大气层的目标,然后就开始减速。第一个阶段为气动减速,把速度从4.8km/s减速到460m/s,用时290秒左右,这个阶段相当于来了一个急刹车。接下来探测器打开降落伞,大概用90秒的时间将速度从460m/s减速到95m/s。随后是动力减速阶段,探测器的反推发动机点火开始工作,将速度减小到3.6m/s,用时约80秒。第四个阶段为悬停避障段,也叫着陆缓冲段,此时距离火星表面大概为100米,速度基本为0。探测器通过悬停在空中观察火星表面是否为坑洼地段、有无石头等,为着陆火星做最后准备,保证着陆的安全性。最后一点能量,要靠四条着陆腿里的缓冲吸能材料,把着陆时的冲击力缓冲掉,保证探测器不发生侧翻,使着陆巡视器平稳着陆在火星表面。

2021年4月30日火星车离开着陆巡视器,在火星表面行驶,进行探测任务。火星车的设计寿命为90天。

这就是“天问一号”到达火星的基本过程,部分时间节点可能会根据任务进程更改。