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为何发射窗口这么密集?探火要闯哪几道关

2020-07-21 09:11:14  来源:环球网

阿联酋首个火星探测器“希望”号20日由日本H2A运载火箭从日本鹿儿岛发射升空。“希望”号火星探测器的发射拉开了中国、美国、阿联酋火星探测年度大戏的帷幕。按计划,今年7月下旬至8月上旬,中国“天问一号”、美国“火星-2020”将陆续发射,从而在全球掀起空前的火星探测新高潮。

三国火星探测看点很多

7月20日,发射入轨的阿联酋“希望”号火星探测器既是阿联酋的首个火星探测器,也是阿拉伯世界首个深空探测器。它重约1.5吨,设计寿命两年,将在距火星表面2万至4万公里的轨道上环绕火星运行,约每55小时绕火星一圈。

全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩对《环球时报》记者介绍,“希望”号的最大亮点是,它是世界第一颗火星的气象卫星,用于全面探测火星大气,研究火星气候变化、低空天气变化、沙尘暴预报等。

按计划,我国将于7月下旬到8月上旬择机用长征五号运载火箭发射我国首个火星探测器“天问一号”。庞之浩表示,“天问一号”的最大亮点是将通过一次发射实现火星环绕、着陆和巡视三项任务。这在人类火星探测史上是前所未有的。采用这种“一举三得”的探火方式,起点高、效益高,但挑战大。如果成功,将使我国深空探测能力和水平实现跨越式发展,成为世界第三个在火星着陆的国家,第二个在火星巡视的国家。

美国将用“宇宙神-5”火箭发射“火星-2020”火星探测器。它携带的“毅力”号火星车最大亮点是收集火星内部岩石30块和土壤的样本,然后放置在火星表面上,未来将发射探测器把样本带回地球;用携带了火星氧元素原位资源利用实验仪,将占火星大气96%的二氧化碳转化为氧气,这对于探索火星的航天员至关重要;携带了世界第一架小型无人驾驶直升机“机智”号,前往漫游车难以到达的地区或生物敏感地区进行区域勘探。

为何发射窗口这么密集

据介绍,阿联酋、中国、美国之所以都在今年7月下旬至8月上旬发射火星探测器,是因为地球和火星都绕着太阳运行,地球在里圈运行,运行一圈要365天;火星在外圈运行,运行一圈要687天。所以,地球离火星之间的距离是不断变化的,最近时有5500万公里,最远时在4亿公里以上。

为了节省发射成本,一般在发射火星探测器时都选择地球与火星距离较近的时机,而这样的机会每隔26个月才有一次,今年7月下旬至8月上旬恰好是这样一个时间窗口,所以阿联酋、中国、美国都选择在今年这个时间窗口发射。不过,这个发射时段并不是火星离地球最近的时候。这与田径场赛跑类似,跑外圈的运动员要在前面起跑,跑里圈的运动员要在后面起跑。有一种最省能量的轨道叫霍曼转移轨道,采用这种轨道可以很好地利用地球和火星的公转运动,它要求火星探测器从地球发射时,火星位于地球前方约44°。所以,发射火星探测器一般是在地球与火星最近时刻,即火星、地球和太阳依次排成一条直线前2-3个月。

探火要闯哪几道关

人类探测火星起步于20世纪60年代,到今年6月底,共实施44次探火活动。其中完全成功的只有19次,即使算上部分成功的,也仅有23次,成功率约53%。所以,火星被称为探测器坟场。

庞之浩表示,由于火星距地球太远,从探测器上发出电波,经过几亿公里传到地球后十分微弱,再加上宇宙噪声,所以很容易把传输信号淹没掉,为此对火星探测器测控通信系统提出很高要求。另外,还是由于遥远,火星探测器收发的信号传输延时很长,这就要求探测器有较高的自主性。

庞之浩表示,进入火星轨道也很难,探测器要自主选择适当的“刹车”距离、“刹车”轻重。否则要么到达不了火星轨道,要么撞到火星上,要么就会飞越火星。探测器在火星表面着陆就更难了,要经历“恐怖的7分钟”。先是气动减速段,然后是伞降减速段,接着是动力减速段,最后是着陆缓冲段。这几个阶段都必须严格按程序执行,否则“满盘皆输”。

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