2020年7月23日,天问一号在文昌搭乘大胖进入太空,开始了火星之旅。 经过快7个月的飞行,天问一号火星探测器已经飞行超4.5亿公里,距地球1.7亿公里,并预计在2月10日(除夕)左右进行火星捕获,进入环火星轨道。
按照我兔的脾气,搞不好会在春晚播放一条从火星发来的祝全国人民新年快乐的消息。拭目以待。
这个新年,有料!
轨道器抵达火星指日可待,也不能忘了地面上低调且兢兢业业的深空测控网。没有全球性深空测控网,飞出去就看不到听不着那就抓虾了。
天问一号
天问一号并非中国探测火星的第一次尝试。早在 2011 年,中国与俄罗斯、欧洲展开国际合作,并研发了萤火一号火星探测器搭载在俄罗斯的飞船上。遗憾的是,飞船在与火箭分离后变轨失败,萤火一号最终坠毁在太平洋。
天问一号探测器包含轨道器、着陆器和火星车,携带了火星磁强计、高分辨率相机、矿物光谱仪、离子和中性粒子分析仪、探地雷达、地表磁场探测器等等科学仪器,科学任务包括对火星大气、地表环境做初步分析,寻找水和生命存在的证据。
一般火星探测遵循着三步走的节奏,即绕、落、巡。先发射轨道器实现进入火星轨道,随后在火星表面的软着陆,最后在前两步的基础之上实现火星表面的巡视。
天问一号这一次三步并作一步,要一次性实现绕落巡,即轨道飞行器成功绕轨飞行,着陆器成功软着陆,巡视器成功巡视。对于深空探测经验几乎空白的中国来说,无疑是一项巨大的挑战。客观来说,对于深空探测这个赛道的新玩家,能够进入火星轨道已经可算成功,但如果能按计划完成两项甚至三项任务,那这就不是弯道超车而是弯道飙车了。
翘首以待。
热闹非凡火星
火星是太阳系第四颗行星,地球轨道外第一颗行星,属类地行星。火星直径大约为地球一半,月球的一倍。火星的体积大约为地球的 1/6,质量则大约为地球的 1/10。火星上的重力加速度大约只有地球的 1/3。而火星之所呈红色,乃是由于其地表广泛分布的氧化铁,也就是铁锈。
火星观测记录甚至可以追溯到古埃及,距今有近四千多年的历史。人们对火星的巨大兴趣,是因为作为地球的姐妹星球,火星也处于太阳系宜居带上。因此火星一直被认为极有可能存在生命。然而长久以来的探测却并没有得到肯定的答案,但这依然不能排除在火星地表之下可能存在液态水以及原始生命的存在。
火星从来都是热闹非凡。马斯克家SN9这边厢刚炸,SN10正在一旁瑟瑟发抖,Bezos也说要一起玩。SN的确可惜,帅的不行不行的。马斯克按照迭代软件的方式迭代火箭,也算是绝无仅有了。
火星不是你想去,想去就能去
自上世纪60年代至今,人类总计发射过五十多枚火星探测器,并且主要由美俄两个航天大国强国发射,然而成功率却不足一半。1976年,NASA发射的海盗一号成功在火星表面实现软着陆并开展探测工作一直到1982年。
根据开普勒定律,火星与地球轨道不同,公转周期也不同。每两年(26 个月)才会有个时间窗口两者之间的距离最近,从而可以节省大量燃料。对依然处于工质火箭时代的我们,燃料的节省意义非凡,因为工质火箭总质量的50%甚至更多都用在了燃料上,这导致有效载荷非常有限。还记得《三体》中云天明的遭遇吗?为了节省重量,他所在的飞船,唯一的载荷只是一颗大脑。
除此之外,火星是地外行星,轨道在地球轨道之外,因此为了让飞船从地球飞到火星,我们不仅仅要抵抗地球本身的引力,还需要对太阳的引力做功。这对探测器无疑带来更大的挑战。而且,作为科学任务,发射出去的探测器要做到不仅能飞出去,还能看得见、听得到,对深空探测能力要求很高。而且考虑到火星引力仅为地球的1/3左右,为了让探测器能进入环绕火星轨道,又是另一个巨大的挑战(类似于在冰面刹车吧)。