新华社消息,2020年7月23日12时41分,我国首次火星探测任务"天问一号"探测器经由长征五号遥四运载火箭运载,在中国海南岛东北海岸的文昌航天发射场成功升空。在2000多秒的飞行后,探测器成功进入预定轨道,我国行星探测的第一步就此展开。
在两千多年前,太空就已经成为中国人思考的问题之一。对宇宙千百年的探索欲望,是中国人融入血液里的浪漫主义,是对继承了千年问天梦想的追寻。
"冥昭瞢闇,谁能极之?"(《天问》屈原)如此明暗不分、混沌一片的宇宙,谁能探究根本原因呢?面对两千年前古人的发问,如今勤奋智慧的中国人,给出了这个问题的答案。
(天问一号成功发射)
据悉,本次火星探测,天问一号将历时七个月,航程4亿公里,到达火星附近,并最终登陆火星。这是中国以及人类历史上深空探索伟大的一步。
此次"天问一号"火星探测器的目标是一次实现"绕"、"落"、"巡"三个工程技术难点,获取火星探测的数据,推进我国的深空探测工程体系发展。本次火星探测任务发言人、国家航天局探月与航天工程中心副主任刘彤杰表示:此次火星探测任务的科学目标,主要是实现对火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等的研究。
对于我国首次火星探测,本次的"天问一号"背后有很多值得去讨论的地方。
· 本次"天问一号"发射,要做到世界首次:一步实现"绕"、"落"、"巡"
"绕"就是绕火星轨道运行;"落"就是降落在火星上;"巡"就是用火星车在火星上巡逻、探测。
可能很多人在这里会觉得,实现这三个也不是很难。毕竟在探月工程时,我们就提出来"绕"、"落"、"回"的工程目标。按照探月工程的计划进度,也是在今年的十月底,"嫦娥五号"探测器将被发射,实现"绕"、"落"、"回"。嫦娥五号将通过铲取、钻取的方式获得月球样本,并带回地球。探月工程都将实现"回"了,感觉探索火星一次实现"绕"、"落"、"巡"技术难度不是很大。
(嫦娥四号)
但实际上,目前只有美国、俄罗斯、欧盟、印度实现了不同难度的火星探索任务。其中俄罗斯至今还没有达成"用火星车在火星上巡逻"这一目标。前苏联(含俄罗斯)发射了十余颗火星探测器,基本成功的只有几颗,成功率不足18%,最成功的一次,是1971年的"火星3号"实现了着陆,但是着陆器在火星地表遭遇沙尘暴,就失去了联系。
(印度的火星探测器)
印度是赶在了2013年地球离火星较近的一次窗口期,以低成本实现了探索火星的目标(实际上装了很少的探测器,测试的结果意义也没有很大,是为了探测而探测。但印度确实是实现了探测火星的任务,这一点不可否认)。而目前世界上领跑火星探测技术的是美国,但美国也只有70%的成功率。所以此次火星探测活动,如果中国真的一次实现了 "绕"、"落"、"巡",就标志着我国的火星探测技术或深空探测技术位居世界前列了。
· 那么为什么探月工程具有很高的成功率,甚至可以实现"绕"、"落"、"回",而探索火星技术难度就这么大了呢?
首先,从距离上来说,地火距离是地月距离的几百倍,那么探测器想要飞向火星,就要求运载火箭具备更大的推力。同时期间的飞行时间也会更长,可能会遇到更多的突发情况,例如太阳风、其他天体引力的干扰。
(火星地表概念图)
很多人观看火箭发射,都是在成功升空后就欢呼雀跃,认为就让探测器在宇宙中飞着就行了。但实际上,在整个探测器飞向火星的过程中,科研人员都要反复进行控制和调试,因为太空中出现任何的情况,都可能使探测器到达不了火星。相比于几天就能到达的月球,要到达火星,天问一号在路上得花掉七个月,期间对探测器的所有操作都是精密操作。
对于探测器这段距离很长,对于信号传输这段时间也很长。在地火距离达到最大时,通讯信号光速传输需要22分钟。这就要求探测器能够在大多数情况下,独立解决问题。
从这里,我们就可以大致看出,仅仅想要到达火星就是多么难的一件事了。更别提还要进入引力微弱的火星轨道、进行"轨道刹车",分离轨道探测器,火星车降落、登陆到火星上,还要让火星车进行自主探测。
(天问一号火星车)
可以说,天问一号探测器在本次任务中的每一小步,都是中国深空探测技术发展的一大步。
· 本次天问一号成功进入预定轨道的成功秘诀——长征五号运载火箭
想要把总重5吨的天问一号送到预定轨道,我们需要比发射嫦娥四号的长征三号乙火箭更大更强的运载火箭。
长征五号系列运载火箭,别名"胖五"。箭体长度56.97米,起飞质量859-879吨,起飞推力可达10524千牛。箭体结构分芯级和助推器两部分,由多个功能各异的部件和组件构成,包括有效载荷整流罩、有效载荷支架、仪器舱、级间段、液氧箱、液氢箱、煤油箱、箱间段、后过渡段、斜头锥、尾段和尾翼等。
运载能力方面,发射至地月转移轨道,荷载8.2吨,太阳同步轨道15吨,中地球转移轨道13吨,地火转移轨道(本次天问一号)5吨。
至此,在"胖五"的保障下,天问一号可以赶上2020年7月这次火星发射窗口,并顺利进入地火转移轨道,进行接下来的探测任务。
(长征五号运载火箭)
"天问一号"火星探测器以著名诗人屈原的《天问》命名,开启了中国行星探测的历史。本次的探测任务,是中国人对宇宙的一次发问。天问一号承载着中国人自古以来的勇气、执着和想象,踏上4亿公里的旅程,去探索天地分离、阴阳变化、宇宙浩渺、穷极无限的奥秘。