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2020年7月23日 (2020年6月3日)

火星探测器“天问一号”发射成功

    2020-07-23

    2020年7月23日(农历2020年6月3日),我国搭载“天问一号”火星探测器的长征五号火箭成功发射。

  历史今天2020年7月23日消息,刚刚,12时41分,我国搭载“天问一号”火星探测器的长征五号火箭成功发射这是我国完全自主实现火星探测的第一步!

火星探测器“天问一号”发射成功

  我国此次火星探测任务可谓是前无古人,将首次实现火星探测器发射“绕、落、寻”一步到位,这是美国、俄罗斯,包括前苏联都没有做到的。

  搭载天问一号的长征五号火箭发射

  火箭发射的威力之大,连摄像画面都受到了波及。

  我国的火星探测器发射任务“天问”的名称取自屈原的长诗《天问》

  遂古之初,谁传道之?

  上下未形,何由考之?

  “请问远古开始之时,谁将此态流传导引?天地尚未成形之前,又从哪里得以产生?”寓意探求科学真理征途漫漫,追求科技创新永无止境。

火星探测器“天问一号”发射成功

  中国自主的火星探测任务自2010年开始启动,2018年火星探测任务飞控团队成立,十年的坚守换来了中国火星探测任务第一步成功迈出。

  长征五号火箭升空

  下面来看“天问一号”到底牛在哪?中国的火星探测计划经历了怎样的过程,全球主要科技强国又为何选择今年密集发射火星探测器。

  

一、首次火星探测器发射“绕、落、寻”一步到位

 

火星探测器“天问一号”发射成功

  这次发射任务由长征五号火箭,也就是我们说的“胖五”完成,因为火箭质量越大,其载荷能力越强。这次天问一号的总重量达到了5吨,火星轨道飞行器重量3175公斤,都需要“胖五”把它们送上太空。

  长征五号火箭“胖五”

  此次火星探测是我国行星探测阶段的首次任务,也是深空探测领域全新的里程碑。这次我国将“环绕、着陆、巡视”三个目标一气呵成,这一挑战前所未有。

火星探测器“天问一号”发射成功

  天问一号探测器由轨道器、着陆器、巡视器三个部分组成,将一步完成绕、落、巡三步,这将是世界上首次探索火星即完成软着陆的任务。

  火星探测任务示意图

火星探测器“天问一号”发射成功

  天问一号在发射后,将由运载火箭送入地火转移轨道,飞行至7个月抵达火星,经历火星捕获、火星停泊后,着陆巡视器与环绕器分离,进入火星大气。

  天问一号发射后进入地火转移轨道,着陆巡视器与环绕器分离

火星探测器“天问一号”发射成功

  然后,在着陆巡视器成功着陆后,会将“体内”差不多一个小型高尔夫球车大小的的火星车吐露出来,火星车驶离着陆平台,搭载的科学载荷开机,展开像蝴蝶翅膀一样的4块太阳板,开始火星表面巡视探测,帮助调查火星的地层、结构以及冻土或冰的存在。

  着陆巡视器成功着陆后,火星车驶离着陆平台

火星探测器“天问一号”发射成功

  缓慢脱离着陆器后,太阳能火星车预计将在火星上运行至少 90 天,并使用轨道飞行器作为通讯中继机。轨道飞行器将继续运行大约一火星年(约 23 个月)。

  中国2020年火星探测计划预定着陆区 图源:格致论道

火星探测器“天问一号”发射成功

  此外,天问一号将使用我国独立的深空网,西安卫星测控中心喀什深空站、佳木斯深空站将为其提供全程测控支持。相比探月任务,对火星探测器最远将近4亿公里的探测距离,以及近7个月的地火转移时间,对测控通信系统而言将是前所未有的考验。

  天问一号探测计划

  

二、火星车是什么样的?要完成什么目标?

 

火星探测器“天问一号”发射成功

  我国第一台火星车的高度有1.85米,重量达到240公斤左右。火星车上搭载了6种有效载荷,包括地形相机、多光谱相机、次表层探测雷达、表面成分探测仪、表面磁场探测仪、气象测量仪,为完成探测任务提供保证。

  第一台火星车

  同时,为了适应火星的地表环境,火星车还具备环境感知、障碍识别、局部路径规划、多轮运动协调控制等功能。

火星探测器“天问一号”发射成功

  中国首次火星探测任务工程副总指挥、探月与航天工程中心主任刘继忠表示,火星车在火星上依靠太阳能来获得能源,它的设计寿命为3个火星月,相当于约92个地球日。期间,火星车将对火星的地质、环境、气象等进行探测,人们可直观地了解火星和地球环境的异同。

  火星车上搭载的各种仪器

  这次火星探测任务计划将完成6个科学目标,分别是:

  1、火星全球和着陆器地形地貌、物质成分的探测与研究

  2、火星全球和着陆器土壤厚度、成分及其分布

  3、火星全球与着陆器次表层地下水体的分布

  4、火星重点地区(着陆候选区)的详查

  5、火星磁层、电离层、大气层及其气候特征

  6、火星物理场(磁场、重力场以及内部结构)探测

  相对于载人航天和月球探测任务,我国首次自主的火星探测具有航天器平台新、探测领域新、实施周期长、测控模式复杂、轨道控制要求高及应急处置难度大等特点。

  针对全新的任务,北京飞控中心于2018年初就组件了火星探测任务飞控团队,今年以来,他们还针对长征五号B火箭首飞、首次火星探测、嫦娥5号和空间站等重大任务并行准备。

  2020年4月24日,中国行星探测任务被命名为“天问系列”,首次火星探测任务被命名为“天问一号”,后续行星任务依次编号。

  

三、各国为何钟情于“扎堆”探索火星?

 

  我们也知道最近各国都在“扎堆”进行火星探测,这是为什么呢?

  原因在于以现在的航天水平来看,火星距离地球的距离实在是太远了,探测火星要比探测月球在实际操作上难得多。

  要知道人类经常光顾的月球的距地距离为38万公里,而火星地球之间最近的时候距离也远达5500万公里,最远的时候更是要达到4亿公里。因此火星探测是一个非常讲究时机的活动。

中国<a href=http://www.lssdjt.com target=_blank class=infotextkey>历史</a>性一天!火星探测器“天问一号”发射成功,领先美国

  平均每15~17年会有一次火星大冲,届时太阳、地球、月球、火星会规律排列在一条直线上,火星和地球的距离会进一步缩短。

  模拟火星冲日图像

  而最近的一次火星大冲的时间是2018年7月27日,已经过了,而下一次的火星大冲要等到2035年9月16日,这一日期又太远。

  所以退而求其次,火星冲日每隔26个月就会出现一次,而对于地球来说,发射火星探测器的最佳窗口期在火星冲日前两个月,最近的窗口期也就在今年的7月中旬到8月中旬,在这段时间,从地球出发的航天器才能沿着最节省燃料的轨道到达火星。

  此前,在这一窗口期已经公布了四大火星探测器的发射计划,分别是中国天问一号、美国毅力号、阿联酋希望号(由日本H-2A火箭发射),以及欧盟及俄罗斯的罗莎琳德·富兰克林。

  但由于种种原因,欧盟及俄罗斯的ExoMars 2020已经于三月中旬决定推迟到2022年发射,从2020的火星探测器发射小组“退群”了,不得不说,这已经是ExoMars计划第六次推迟了。

  此前,中国还曾想在2009年搭载俄罗斯的联盟号运载火箭发射火星探测器,但由于战斗民族的火箭一次次出问题,中国也转而决定自主完成火星探测的全套流程。

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  这个小组中首先出发的是“土豪国”阿联酋的希望号(阿拉伯语al-Amal),它在今年的7月20日的凌晨5点58分成功发射。预计探测器的到达时间会在2021年的2月。

  阿联酋的希望号火星探测器

  为了保证研发的进度和发射速度,阿联酋选择了具有强大航天实力的美国和日本作为合作伙伴,通过日本三菱重工研制的H-IIA火箭将自己的火星探测器运往太空。

  希望号探测器由阿联酋和美国科罗拉多大学波德分校联合研制,重1.35吨,大小与一辆轿车相仿。由两个太阳能发电板供电,总功率1.8千瓦,这和家用电水壶的功率差不多。

  探测器搭载有直径1.5米的高增益天线以及若干低增益天线。此外,探测器利用恒星跟踪定位仪来进行导航。

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  此外阿联酋还选择了美国深空网(DSN)对火星探测任务的希望号航天器进行跟踪、导航与通信而建立的地基全球分布测控网。

  希望号运行过程展示

  在运转火箭方面,日本的H-IIA火箭直径4米,高度53米,属于捆绑式两级火箭。它的运载能力与我国的长征三号乙火箭相当。

  希望号上携带了三种先进的科学仪器,分别是EMIRS:阿联酋红外光谱仪、EXI:阿联酋勘探成像仪以及EMUS:阿联酋紫外线光谱仪。这些仪器的搭载主要是为了研究火星大气做准备。

  而如果中国此次任务的所有流程都可以圆满完成,中国将成为世界上首个对火星集环绕、着陆、巡视探测的国家。

  天问一号发射成功后,接下来集环绕、着陆、采样返回的天问二号也将提上日程。天问二号个除了轨道器和着陆器以及巡视器以外,还有上升器和返回舱,发射任务计划2028至2030年执行。

  

四、人类探索火星的漫漫长路

 

  从儿时的《火星奇遇记》,到“非主流”时期流行的“火星文”,再到电影《火星救援》,这个神秘的铁锈红色星球——火星,一直寄托着无数人的太空梦想。

  “硅谷钢铁侠”马斯克是火星的“狂热粉丝”,这位科学怪人一直在为人类移民火星做努力,此前在马斯克SpaceX载人航天器“龙飞船”成功发射后,他即刻发表推特称:通往火星的大门已经开启。

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  人类对火星历史的追溯可以到公元前,但对火星的探测是最近60年的事情。60年间,人类共进行了47次火星探测,成功率仅有43%,而在火星上成功着陆的探测器也只有8个,因此由于火星没收了很多人类的探测器,这个红色星球也被人们形象地称为“航天器坟场”。

  迄今为止人类向火星发射的探测器

  但就算是这样,人们还是依旧前赴后继地将探测器运往火星,毕竟这个可能作为未来“人类移民最佳选择”的神秘星球,火星的魅力实在是太大了。

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  人类火星探测起步于60年代美苏的“太空竞赛”,美苏两个大国在探测火星的旅途中完成了很多“第一次”。

  火星 图源:NASA

  1960年10月10日,前苏联向火星发射了第一枚探测器。1964年美国发射的水手4号,是有史以来第一枚成功到达火星并发回数据的探测器。

  在1971年,苏联发射火星3号成为了首颗在火星着陆的探测器,尽管它只工作了20秒,但是也成为了人类探测器在火星着陆的一个重要里程碑。

  1975年8月20日美国发射的海盗1号,成为了全球首个能成功登陆火星的卫星。

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  在20年后,1996年,美国的火星环球侦测者号发射成功,这枚探测器持续工作了10年,直到2006年才失去讯号联络,它是最成功的火星探测任务之一。它利用所携带的一些专业仪器,进行海拔高度测量,科学家绘制了火星的地形图。

  火星3D地图

  进入00年代,欧盟和中国也加入了火星探测的行列中,而美国在这一时期迎来火星探测“大爆发”,在火星探测事业上遥遥领先。

  2003年,美国将勇气号和机遇好两辆火星车送往太空,对火星进行实地考察。勇气号在执行任务期间,曾首次找到火星上曾有水存在的证据,并从火星上拍摄到了地球的照片。而机遇号截至2018年1月25日,已在火星漫游14年多,取得了很大的成绩,并于2019年2月13日任务结束。

  2007年美国凤凰号探测器首先证实了火星上的确存在水,还找到了火星上存在碳酸钙和粘土的线索。同年,欧洲航天局的“罗塞塔”彗星探测器靠近火星飞行,顺利完成利用火星引力调整飞行速度和轨道的任务。

  2007年 6月中俄正式签署合作协议,中国火星探测计划中的第一颗火星探测器萤火一号计划于2009年搭载俄罗斯的联盟号运载火箭发射,但是俄国老大哥的火箭一再出问题,中国也转而研发自己的火星探测系统。

  在10年代,印度成为了火星探测黑马,中国也在重启火星探测计划。而在今天,中国终于完成了首次自主进行火星探测的第一步。

  

结语:火星探测的目标是星辰大海

 

  火星作为距地球最近的类地行星之一,是人类最想登陆的行星,也是目前人类最有可能移居的星球。探索火星的过程,不仅仅是航天科技和深空探测水平的科技方面的巨大提升,更对人类文明的进程及探索宇宙与生命的意义有着非同寻常的影响。

  天问一号任务将为中国打开火星之门,无论成败与否,都将是人类进军火星的一次重大飞跃,祝愿这次火星探测器发射任务一切顺利,圆满成功!

发射成功!

发射成功!

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  我们火星见!

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