新华社消息,年7月23日12时41分,我国首次火星探测任务天问一号探测器经由长征五号遥四运载火箭运载,在中国海南岛东北海岸的文昌航天发射场成功升空。在多秒的飞行后,探测器成功进入预定轨道,我国行星探测的第一步就此展开。
在两千多年前,太空就已经成为中国人思考的问题之一。对宇宙千百年的探索欲望,是中国人融入血液里的浪漫主义,是对继承了千年问天梦想的追寻。
冥昭闇,谁能极之?(《天问》屈原)如此明暗不分、混沌一片的宇宙,谁能探究根本原因呢?面对两千年前古人的发问,如今勤奋智慧的中国人,给出了这个问题的答案。
(天问一号成功发射)
据悉,本次火星探测,天问一号将历时七个月,航程4亿公里,到达火星附近,并最终登陆火星。这是中国以及人类历史上深空探索伟大的一步。
此次天问一号火星探测器的目标是一次实现绕、落、巡三个工程技术难点,获取火星探测的数据,推进我国的深空探测工程体系发展。本次火星探测任务发言人、国家航天局探月与航天工程中心副主任刘彤杰表示:此次火星探测任务的科学目标,主要是实现对火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等的研究。
对于我国首次火星探测,本次的天问一号背后有很多值得去讨论的地方。
·本次天问一号发射,要做到世界首次:一步实现绕、落、巡
绕就是绕火星轨道运行;落就是降落在火星上;巡就是用火星车在火星上巡逻、探测。
可能很多人在这里会觉得,实现这三个也不是很难。毕竟在探月工程时,我们就提出来绕、落、回的工程目标。按照探月工程的计划进度,也是在今年的十月底,嫦娥五号探测器将被发射,实现绕、落、回。嫦娥五号将通过铲取、钻取的方式获得月球样本,并带回地球。探月工程都将实现回了,感觉探索火星一次实现绕、落、巡技术难度不是很大。
(嫦娥四号)
但实际上,目前只有美国、俄罗斯、欧盟、印度实现了不同难度的火星探索任务。其中俄罗斯至今还没有达成用火星车在火星上巡逻这一目标。前苏联(含俄罗斯)发射了十余颗火星探测器,基本成功的只有几颗,成功率不足18%,最成功的一次,是年的火星3号实现了着陆,但是着陆器在火星地表遭遇沙尘暴,就失去了联系。
(印度的火星探测器)
印度是赶在了年地球离火星较近的一次窗口期,以低成本实现了探索火星的目标(实际上装了很少的探测器,测试的结果意义也没有很大,是为了探测而探测。但印度确实是实现了探测火星的任务,这一点不可否认)。而目前世界上领跑火星探测技术的是美国,但美国也只有70%的成功率。所以此次火星探测活动,如果中国真的一次实现了绕、落、巡,就标志着我国的火星探测技术或深空探测技术位居世界前列了。
·那么为什么探月工程具有很高的成功率,甚至可以实现绕、落、回,而探索火星技术难度就这么大了呢?
首先,从距离上来说,地火距离是地月距离的几百倍,那么探测器想要飞向火星,就要求运载火箭具备更大的推力。同时期间的飞行时间也会更长,可能会遇到更多的突发情况,例如太阳风、其他天体引力的干扰。
(火星地表概念图)
很多人观看火箭发射,都是在成功升空后就欢呼雀跃,认为就让探测器在宇宙中飞着就行了。但实际上,在整个探测器飞向火星的过程中,科研人员都要反复进行控制和调试,因为太空中出现任何的情况,都可能使探测器到达不了火星。相比于几天就能到达的月球,要到达火星,天问一号在路上得花掉七个月,期间对探测器的所有操作都是精密操作。
对于探测器这段距离很长,对于信号传输这段时间也很长。在地火距离达到最大时,通讯信号光速传输需要22分钟。这就要求探测器能够在大多数情况下,独立解决问题。
从这里,我们就可以大致看出,仅仅想要到达火星就是多么难的一件事了。更别提还要进入引力微弱的火星轨道、进行轨道刹车,分离轨道探测器,火星车降落、登陆到火星上,还要让火星车进行自主探测。
(天问一号火星车)
可以说,天问一号探测器在本次任务中的每一小步,都是中国深空探测技术发展的一大步。
·本次天问一号成功进入预定轨道的成功秘诀——长征五号运载火箭
想要把总重5吨的天问一号送到预定轨道,我们需要比发射嫦娥四号的长征三号乙火箭更大更强的运载火箭。
长征五号系列运载火箭,别名胖五。箭体长度56.97米,起飞质量-吨,起飞推力可达千牛。箭体结构分芯级和助推器两部分,由多个功能各异的部件和组件构成,包括有效载荷整流罩、有效载荷支架、仪器舱、级间段、液氧箱、液氢箱、煤油箱、箱间段、后过渡段、斜头锥、尾段和尾翼等。
运载能力方面,发射至地月转移轨道,荷载8.2吨,太阳同步轨道15吨,中地球转移轨道13吨,地火转移轨道(本次天问一号)5吨。
至此,在胖五的保障下,天问一号可以赶上年7月这次火星发射窗口,并顺利进入地火转移轨道,进行接下来的探测任务。
(长征五号运载火箭)
天问一号火星探测器以著名诗人屈原的《天问》命名,开启了中国行星探测的历史。本次的探测任务,是中国人对宇宙的一次发问。天问一号承载着中国人自古以来的勇气、执着和想象,踏上4亿公里的旅程,去探索天地分离、阴阳变化、宇宙浩渺、穷极无限的奥秘。