年7月23日,天问一号成功发射。相信在历史上,年将是一个相当激动人心的年份,这一年虽然受到疫情的影响,但是包括中国在内的许多国家都趁着发射窗口的打开,开启了探索火星的元年。
世界上探索火星技术最先进的国家是哪个?很多人都会毫不犹豫地回答美国。毕竟从美苏冷战开始,美国和苏联就明里暗里地开始了太空的军备竞赛。在人类历史上,发射到火星的探测器有三分之二都失败了,只有少数的几个探测器真正到达过火星,而能实现软着陆并开展探测工作的,更是少之又少了。
美国是世界上第一个将火星车降落在火星表面的国家,中国是第二个。年,美国的第一个火星探路者“索杰纳”到达了火星;年,大名鼎鼎的双胞胎“勇气号”和“机遇号”再次登上火星;年,“好奇号”成功着陆火星的地表。从火星的探测历史和经验来看,美国的技术应该是遥遥领先的。
此时,振奋的消息传来。中国的火星样本计划任务将在年7月完成,这将比美国计划还早了两年!年3月21日,美国NASA宣布,由于在火星采样返回的计划风险太大,原先任务完成期限推迟到了年。
如何让样本从火星回到地球呢?
我们从嫦娥五号在月球取样的流程其实就能窥探一二。嫦娥五号回收样本经历了以下过程:发射入轨阶段、地月转移阶段、近月制动阶段、环月飞行阶段、着陆下降阶段、月面工作阶段、月面上升阶段、交会对接与样品转移阶段、环月等待阶段、月地转移阶段和再入回收阶段。
而火星取样的流程,其实是非常相似的,只是将嫦娥五号拆成了两个组合,轨返组合体和着上组合体。这也是为什么需要发射两颗火星探测器的原因了。其中一颗主要负责降落在火星,并且将样本送入到火星的轨道;而另一个探测器则主要是等待与样本舱在轨道对接,然后通过返回舱回到地球。
那又会有同学发问了,为什么我们不直接采用嫦娥五号那一套,还要把它拆成两个组合呢?
其实,最核心的问题就在于,火星实在是比月球远太多了。最近的距离也有万千米,最远的时候更是超过了4亿千米,一枚火箭的运载能力显然是不够的,而且在火星上采集样本的难度可比在月球上大多了。比如,要从火星运送样本出来需要穿过大气层,而月球是没有大气层的。因此,此次火星采样返回时需要携带的燃料将是非常史无前例的多的。
美国为何会被轻易反超?
美国在火星探测的科学技术上潜心研究了这么多年,为何轻易就被我们反超了呢?首先我们来看看美国采用的技术。
NASA-ESA项目很复杂,由四个部分组成,样本收集任务、样本检索任务、样本发射任务、返回任务。NASA的样本收集任务主要是由毅力号来完成的,它在过去工作的一年半中,在火星上收集了大量的土壤和岩石样本,这些样本会被放置到样本管当中。
之后,将会有另一台火星车从毅力号上取得样品,然后将样品运送到着陆器上,最后再发射。预计会有一枚3米长的固体二级火箭发射到空中,然后与轨道上的飞行器对接,再开始返回任务。
结果没想到,NASA的科学家突然发现样本检索和样本发射任务中的两个探测器从未结合在一起测试发射的情况。过去完全没尝试过,很可能火星样本根本无法穿越火星的大气层。于是NASA和ESA就只能无奈把取样时间推迟了。
意义有多重大?
如果中国人率先将火星的土壤和岩石样本带回地球,并且领先美国两年,这个意义将会是非常巨大的。一旦拥有了最新的研究成本,未来中国在火星研究上将大放异彩,中国人在火星的研究上也将是最先进的。
这一招弯道超车,着实看惊了我。向所有的科学家致敬!