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雷达说 | 2020年的火星探测任务,我们准备好了吗?

2019-11-12
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近日,中国首次公开了火星探测器的照片,同时表示目前已经做好了在火星着陆的准备。这一尝试,之前只有NASA做到过。


这次的火星任务将携带轨道卫星,着陆器和火星探测车,并在火星上实施着陆。一次完成"绕","落","巡" 三大任务。


关于这项火星任务,自2016年获批后,外界所知少之又少。上周,中国航天科技集团(CASC)下属的西安航天动力研究所发布了一份简短的报告,报告中透漏出这项任务的航天器动力系统已经通过所有必要的测试。报告中还显示了上海空间推进研究所目前已经完成了关于火星着陆的悬停、危险规避、减速和着陆阶段的动力系统的测试。


最大的障碍---长征5号


火星任务就不得不提到运载火箭,这次发射任务将会采用长征5号运载火箭。在飞向火星的过程中,运载火箭需要载重超过5吨重的航天器。


关于长征5号,这是中国目前最大的运载火箭,2016年完成首次试射,但是在2017年的第二次试射过程中,并没有按照预定计划进入轨道。在对火箭发动机进行了两次的重新的设计之后,长征5号目前已经蓄势待发。


2020年的火星任务预计在7月底到8月初,因为这个时间段会形成一条被称为“Hohmann transfer”的有效路径,对于地球与火星的相对位置有利,航天器将会在2021年的2月左右抵达火星。


12月下旬,长征5号预计会完成一颗大型卫星的发射任务,目前长征5号已经在海南的文昌卫星发射中心进行组装工作,这次任务将会辅助验证目前的长征5号运载火箭已经为接下里的火星任务做好了准备。


如果长征5号在12月下旬未能通过后面的考验,中国则还要等待26个月,才能在2022年底等到下一个“Hohmann transfer”窗口。


着陆


火星的表面引力只有地球的38%,这也大大增加了进入-下降-着陆过程中的复杂性。这次火星任务的团队中有一部分人参与了2013年嫦娥三号的探月任务,即使如此,此次任务的挑战依旧艰巨。


由于火星稀薄的大气层,不足以帮助它进行下降,而且大气摩擦和压缩产生的极端热量对快速移动中的航天器也是不小的威胁。航天器需要具备隔热罩和复杂的降落系统,同时这些系统需要在正确的时间能够进行部署和投弃。



当航天器到达火星时,彼时的地球与火星的距离大约为1.5亿公里,如果以光速飞行,大约要花费8分钟才能抵达,所以对于火星的着陆过程需要高度自动化,2012年NASA的“好奇号”在着陆过程中,当时的NASA团队称着陆的这段时间为“恐怖7分钟”。


所以着陆的这一过程也同样十分关键,2016年欧洲航天局和俄罗斯联邦航天局的ExoMars计划,航天器在成功进入火星轨道后,在着陆前发生了失联,更早的1999年,NASA的火星极地着陆器在进入火星大气层的前6分钟发生失联,最终因为失速过快而发生坠毁。


关于着陆地点,需要提下这次火星探测车上的科学设备与仪器,执行火星任务的探测车重量大约为240Kg,是目前中国月球车重量的两倍。将会携带包括了导航、测绘设备和多光谱摄像机,以及一部探地雷达,一台类似于“好奇号”上的LIBS的激光诱导击穿光谱仪器,一部火星表面磁场探测器和一台气象仪。


另外,还有中分辨和高分辨的成像设备,这对设备将会在着陆前的火星轨道上,对即将实施着陆的火星表面区域进行成像。


提到着陆区域,中国最初考虑的着陆区域有两个,其中一个靠近Viking 1和Pathfinder的着陆地点,另外一个区域位于Isidis Planitia与Elysium Mons西部之间的位置。


根据9月份日内瓦举行的欧洲行星科学大会-行星科学分部联席会议上的一份报告,中国目前已经选择了位于Utopia Planitia附近的两个区域作为初步选址。其可能着陆的区域为椭圆形,区域大小约为100x40公里的范围。


就让我们一起期待火星即将迎来的中国红吧~


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题图: Aynur_zakirov,from the pixabay.


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