魔鬼7分钟天问一号着陆器即将独立完成火星

钱江晚报·小时新闻记者章咪佳

根据国家航天局最新发布消息,中国首次火星探测任务天问一号探测器拟于北京时间5月15日凌晨至5月19日期间,择机着陆于火星乌托邦平原。

由天问一号中分辨率相机拍摄的火星北半球影像北京时间年3月18日拍摄,此时环绕器轨道高度约1.15万公里图片来源:国家航天局

天问一号探测器已经在停泊轨道上运行了约3个月,环绕器(包括轨道器和着陆器)携带的7台载荷全部开机,开始科学探测。载荷中的中分辨率相机、高分辨率相机、光谱仪等,对预选着陆区乌托邦平原的地形地貌、沙尘天气等进行详查,为择机着陆火星做好准备。

年7月23日,长征五号运载火箭将“天问一号”火星探测器送入前往火星的地火转移轨道,“天问一号”成功踏上奔火之旅。

年2月10日,天问一号探测器进入环火轨道,开展科学探测工作,获取了大量科学数据。

年2月24日,天问一号在被火星引力捕获、实施第三次近火制动后,进入了近火点公里、远火点5.9万公里、运行周期2个火星日(1个火星日=24小时39分35.秒)的火星停泊轨道。

探测器在停泊轨道上运行约3个月,环绕器(包括轨道器和着陆器)携带的7台载荷全部开机,开始科学探测——载荷中的中分辨率相机、高分辨率相机、光谱仪等,对预选着陆区乌托邦平原的地形地貌、沙尘天气等进行详查,为择机着陆火星做好准备图片来源:国家航天局

飞离近火点前5小时,环绕器开始实施降轨。

大约经过2个小时,在环绕器飞到距离火星表面公里时,着陆器与轨道器分离。

此后,轨道器迅速升轨、进入中继星轨道,同时,它将实时拍摄监测着陆器的下降过程——着落器独自前行,落定火星地表的全过程。

从分离到着陆,历时多秒,被称为“魔鬼七分钟”。由于地火之间距离遥远,所有步骤都将由天问一号着陆器自行完成,地面无法干预。

今夜,让我们人类,遥想一次天问一号着陆器即将面临的这场挑战——

图片来源:腾讯

秒计时。

气动力减速

0秒起跳:在火星表面公里,着陆器开始进入火星大气层,飞行速度达到米/秒。

地球上,汽车最高速度由SSC的超跑Tuatara创造,它的平均极速达到.31米/秒;而世界上跑得最快的闪电侠BarryAllen,最初的行动速度大概在米/秒。后来经过科学修炼,进化到了米/秒,这个速度和中国火星车进入火星大气时差不多。不过后来闪电侠拥有了神力,速度达到了米/秒

80秒:进入火星大气层后,着陆器会与大气层产生剧烈摩擦,表面温度急剧上升。着陆器承受的温度达到最高,大约℃,此刻着陆器是一团火球。

90秒-秒:此时着陆器速度降幅达到最大。此阶段为纯气动减速段,消耗将近90%的速度。

这段时间对着陆器的最大考验就是要经烧,所以对材料的耐温性,以及着陆器的外形设计,都有很高的要求——天问一号着落器外壳是一个球头双锥体结构设计,它包含两个部分:迎风面是一个球形的防热大底,后面是锥形的背罩。

图片来源:visiontimes

开伞减速

秒:高度11公里,降速到米/秒;继续减速,准备打开降落伞。

秒:高度9公里,速度米/秒,“球头”热屏蔽罩分离。

秒:后壳椎体部分分离,2公里,速度80-米/秒。

动力减速

在着陆器同背罩分离同时,发动机点火,着陆缓冲机构(四条着陆腿)展开。

大概飞行到距离火星表面1.1公里,祝融抛掉降落伞,速度降到95米/秒。

着落器反推发动机,最大反推力达到牛。速度降低到1.5米/秒。

悬停避障

通过调整发动机推力,使得着陆器在高度米时速度处于垂直速度0米/秒,达到悬停状态。

着陆器下方对地相机开始拍摄下方图像,自主分析并选择相对平整适宜着陆的点,调整着陆器水平移动,以确保找到最安全降落地点。

发动机推进着陆平台缓缓下降。

着陆缓冲

在高度2-4米时,反推发动机关机。着陆器的四个有弹性的着陆腿伸出。

秒:着陆器缓缓降落在火星表面,此时垂直速度小于3.6m/s,水平速度小于0.9m/s,通过着陆腿的缓(颤)冲(抖),抵消剩余的动能,着陆器安全着陆于火星北半球乌托邦平原(.°E,24.°N)。

火星北极以及乌托邦平原位置图片来源:earthsky

在着陆器降落火星后的第8个火星日,着陆平台将伸出梯子,祝融号火星车将登场。

图片来源:NatureAstronomy

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