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铭刻历史:红色火星首次有了中国印迹

来源: 南方日报网络版     时间: 2021-05-17 04:24:39

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  5月15日7时18分,一个会被历史铭记的时刻,红色火星上首次有了中国印迹。

  “天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。

  当天凌晨1时许,“天问一号”探测器在停泊轨道实施降轨,机动至火星进入轨道。4时许,着陆巡视器与环绕器分离,历经约3小时飞行后,进入火星大气,经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲,成功软着陆于预选着陆区。两器分离约30分钟后,环绕器进行升轨,返回停泊轨道,为着陆巡视器提供中继通信。后续,“祝融号”火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。

  “恐怖9分钟”的考验

  自2020年7月23日成功发射以来,“天问一号”在地火转移阶段完成了1次深空机动和4次中途修正,于2021年2月10日成功实施火星捕获,进入大椭圆环火轨道,成为我国第一颗人造火星卫星。2月24日,“天问一号”探测器成功实施第三次近火制动,进入周期为2个火星日的火星停泊轨道后,对火星开展全球遥感探测,并对预选着陆区进行详查,探测分析地形地貌、沙尘天气等,为着陆火星做准备。

  着陆火星是此次火星之旅的最大挑战,其难度被形容为相当于从巴黎打一个高尔夫球,正好落到东京的洞里。因此,这个过程被称为最为凶险、最为惊心动魄的“恐怖9分钟”。目前,人类火星探测任务成功率仅有五成左右,大部分都折戟在“进入/下降/着陆(简称EDL)”这一阶段。

  “火星探测最大的难点就是EDL,这个过程需要融合气动外形、降落伞、发动机、多级减速和着陆反冲等多项技术才能实施软着陆。每个环节都必须确保精准无误,差一秒都可能造成整个任务的失败。”航天科技集团五院“天问一号”探测器总设计师孙泽洲说。

  虽然此前我国已有月表着陆经验,但是此次“天问一号”火星软着陆任务更加艰难。一方面,火星表面存在大气(火星大气的密度是地球大气的1%左右),因此火星比月球表面有更复杂的环境;另一方面火星离地球距离更加遥远,通信时延达到20分钟左右,因此整个着陆过程相距遥远的地表来不及做任何处置,只能靠“天问一号”自主完成。

  航天科技集团五院总体设计部火星巡视器总体主任设计师陈百超表示:“我国是首次实施火星探测任务,对火星的环境,特别是大气,类似这些参数,我们没有一手数据。所以相当于我们到了一个完全未知的环境,这种难度可想而知。”

  整个过程中,“天问一号”在9分钟内将约2万千米/小时的速度降至零。

  据航天五院总体设计部火星探测器总体主任设计师王闯介绍,“天问一号”在进入火星大气层以后首先借助火星大气,进行气动减速,这个过程它克服了高温和姿态偏差,气动减速完成后“天问一号”的下降速度也减掉了90%左右。紧接着“天问一号”打开降落伞,进行伞系减速降速,当速度降至100米/秒时,“天问一号”通过反推发动机进行减速,由大气减速阶段进入动力减速阶段。在距离火星地表100米时,“天问一号”进入悬停阶段,着陆巡视器在缓冲机构的保护下,抵达火星表面。

  “天问一号”的五大使命

  成功着陆后,“绕”“着”“巡”的串联任务终于进行到最后一步。着陆后,进入舱将着陆信息通过环绕器转发地面。进入舱和火星车先后完成坡道及太阳翼天线展开,火星车在第一时间将成功展开的消息传回地面。一切准备就绪后,火星车将自主驶离进入舱,抵达火面,开始新的征程。

  探测火星不仅是工程任务的突破,更是行星科学领域的突破。

  除了常规的通讯、能量来源(太阳能帆板)、支撑结构、动力系统等部分外,“天问一号”整体上携带了13种科学载荷,其中7个在火星上空的环绕器上,分别是中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、火星矿物光谱探测仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪。6台分布在火星车上,分别是多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪、地形相机。

  它们共有五大使命,主要涉及火星空间环境、地表形貌特征、土壤表层结构等研究,将给中国带来火星的第一手资料。其中,与气象有关的研究项目将收集有关温度、气压、风速和风向的大气数据,并研究火星的磁场和重力场,这些也将解答大众的好奇——火星究竟是什么样的气候。

  本报记者 付毅飞 操秀英
【编辑:田博群】



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