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天问一号发射成功!半个多世纪以来人类为何依旧执着于探测火星?

时间:2020-08-01 01:28来源: 作者:admin 点击: 6 次
在7月下旬至8月上旬期间,中、美、阿联酋均会发射各自火星探测器。我国首次发射第一个火星探测器天问一号,率先在世界实现通过一次发射完成“绕、着、巡”三项任务的壮举。2020年是火星探测器的发射窗口。为此,仅在7月下旬至8月上旬期间,中、美、阿联酋均会发射各自的火星探测器。其中我国首次发射第一个火星探测

在 7 月下旬至 8 月上旬期间,中、美、阿联酋均会发射各自火星探测器。我国初次发射第一个火星探测器天问一号,率先在世界完成通过一次发射实现 “绕、着、巡”三项义务的豪举。

2020 年是火星探测器的发射窗口。为此,仅在 7 月下旬至 8 月上旬期间,中、美、阿联酋均会发射各自的火星探测器。其中我国初次发射第一个火星探测器天问一号,率先在世界完成通过一次发射实现 “绕、着、巡”三项义务的豪举;美国将发射新型火星车毅力号,它携带有新颖的机灵号火星直升机;阿联酋首个火星探测器期冀号用日本火箭发射,它是世界上第一颗火星天色卫星。这 3 个探测器的升空,将掀起寰球火星探测热潮。

切实,这并没有是世界各国第一次竞相向火星进发。火星究竟有什么 “宝藏”,使它成为各国太空探测运动的 “兵家必争之地”?去过甚星的太空旅者们都觉察了什么?火星还有哪些可以的欣慰亟待人类发掘?

漫漫探火路

人类的火星探测起步于 20 世纪 60 年代,到今年 6 月底,寰球共实行了 44 次探火运动,其中美国 21 次,苏俄 19 次,日本 1 次,欧洲 2 次,印度 1 次。完全成功或部分成功 23 次,成功率约 53%。完全成功的 19 次,成功率约 43%。探测火星无比没有易,主要原因是火星距地球遥远,环境冗长。

迄今,成功登陆火星的探测器有 8 个:海盗一号、二号、“探路者”、机遇号、勇气号、凤凰号、猎奇号、洞察号,它们都是美国研制的。严厉地讲,第一个在火星着陆的是苏联的火星三号,但它只工作了 20 秒。目前工作的轨道器有 6 个,着陆巡视器有 2 个,其中的轨道器是:美国的 “火星奥德赛”、“火星勘测轨道器”、“火星大气与挥发物蜕变”,欧洲的 “火星快车”跟 “微量气体轨道器”,印度的 “曼加里安”;其中的着陆巡视器是:美国的猎奇号火星车跟洞察号着陆器。

海盗二号着陆舱拍摄的火星名义

由于政治、科技、经济、技巧等原因所致,探火跟探月很相似,可分为以下三个开展阶段。

1960—1975 年为第一阶段,是探火的第一次热潮,共进行了 23 次发射。美苏主要是为了政治目的,在包括火星探测在内的良多航天范围发展了猛烈的争霸运动,以显示各自的航天实力。但在这一阶段也失掉了没有少探火成果。

1976—1990 年为第二阶段,火星探测进入低潮期,只有苏联进行了 2 次火星探测器的发射,还都失利了。这是由于美苏竞争战略重点转移,美国大力开展航天飞机,苏联则大力开展空间站。

20 世纪 90 年代至今为第三阶段,是探火的第二次热潮,共进行了 19 次发射。这次探炽高潮与第一次高潮没有同,主要是为了科学跟工程目的,即以开展新技巧跟获得科学觉察为主,从而催生了又一个火星探测的高潮期。尤其是美国实行了宏大的 “火星生命计划”,发射了没有少新型火星探测器,造诣斐然。另外,欧洲航天局、印度也成功探测了火星,攻立了美苏关于探火的垄断。而且,这一阶段的火星探测成功率大为增添,21 世纪发射的火星探测器都失掉了成功或部分成功。

数十年的火星探测之争

在 20 世纪,主要由于政治原因,苏美在火星探测范围发展了火爆的竞赛,后果,美国技高一筹,探火的成功率清楚高于苏联。

苏联火星三号火星探测器模型

近三十年间,苏联先后向火星发射过数次探测设施,大多会同时或继承发射多个,但大部分都失利了。只有寥寥多少个成功着陆,也仅传回少量数据。其中火星三号着陆舱在火星名义完成了软着陆,虽然仅发送回地球 20 秒钟的电视信号,但它是第一个抵达火星名义的探测器。火星五号则是苏联首个进入火星轨道的探测器,并发回火星照片;火星六号在着陆历程中关于火星大气进行了观测,发回了火星大气参数。

除 “火星”系列外,探测器 - 2 跟宇宙 - 419 火星探测器也是由苏联发射的,无一没有以失利告终。1988 年,苏联又相继发射了火卫一号、二号探测器,拟探测火星的卫星,但也都失利了,未能传回科学数据。1996 年,俄罗斯发射火星 - 96 时则 “箭毁器亡”。

俄罗斯火星 - 96 探测器

而在一时期,美国向火星发射了 6 个 “水手”系列探测器,其中有 4 个成功,尤其是水手四号从离火星约 1 万千米的地方掠过,第一次关于火星作了近距离调查,探测到火星的大气密度没有足地球的 1%,传回了 21 张火星近距离的照片;水手九号于 1971 年成为第一个进入火星轨道的探测器,拍摄了 70% 的火星名义,并为后来的海盗一号、二号在火星着陆探测选定了地点。

美国水手四号火星探测器

1975 年,美国又先后发射了海盗一号、二号探测器。它们在 1976 年进入火星上空时轨道舱绕火星飞行,着陆舱完成了在火星名义成功软着陆的豪举。这两个探测器共发回地球 5 万多张火星照,还关于火星名义的土壤进行了取样化验分析。后果标明,火星上不觉察任何生命具备的痕迹,也未探测到火星上有任何有机分子。

此后寰球探火转入了低潮,没有时到 17 年后的 1992 年,美国发射了 “火星观测者”探测器。但是,它在即将抵达火星时失联。经过 4 年技巧改进后,美国于 1996 年开始实行 “火星生命计划”,先后成功发射了 “火星寰球勘测者”跟 “火星探路者”探测器,以确定火星上能否具备生命。其中 “火星探路者”携带了世界第一辆火星探测车 “寄居者”。

然而,美国在 1998 年跟 1999 年划分发射的 “火星极区着陆器”、“火星现象轨道器”又蒙受失利。

1998 年,日本参与火星探测大军,发射了首个火星探测器 “期冀号”。但由于推进器故障,期冀号最终不进入火星轨道。

没能进入火星轨道的日本期冀号火星探测器

目的地为什么是火星?

火星是太阳系中与地球最相似且距离较近的行星,因此成为目前除地球以外人类研究程度最高的行星,人类用空间探测器关于火星进行探测的历史也多少乎贯穿整个人类整个航天史。

火星

火星的一天约为 24.6 小时,与地球无比濒临;火星一年约为 687 地球日,少于 2 个地球年;其自转轴与公转轨道面倾角约为 65°,所以具备四季变更,这也跟地球相似;火星大气很粘稠,以 CO2 为主,压力大概只有地球的 1%;虽然火星名义温度平匀仅为 - 63℃,但夏天阳光直射区域温度则可能回升到约 20℃,赤道四周的极其最高温度则有时机达到 30℃左右。

另外,火星的直径约为地球的 1/2,体积约为地球的 15%,质量约为地球的 1/10,重力约为地球的 1/3。火星的名义大都为沙丘、砾石,也有没有少陨石坑、火山与峡谷。火星具有太阳系最高的山峰——奥林帕斯山,高达 21 公里;还具有太阳系最的长峡谷——水手大峡谷,长 4000 公里、最深处 7 公里。火星沙尘暴很厉害,有时达地球上 12 级台风的 6 倍,但由于气体少,所以飞沙没有走石。还有,火星有两个自然卫星。

火星沙尘暴示意图

正因为火星是太阳系里与地球最为相似的行星,所以探测火星,领会火星的起源跟演化,有助于人类进一步意识地球跟太阳系的造成跟演化,猜测地球的未来变更趋向。

火星上能否有水、有生命,是人类目前最关心的。由于火星是与地球最为相似,所以探测火星生命的起源跟演化,可缓缓进关于地球生命乃至太阳系的起源跟演化的研究,以及领会人类在宇宙中的地位跟最终的运气。

另外,探测火星自身的地形地貌、地质构造、大气特性、现象变更、内部结构跟物理场等也很首要。例如:

美国机遇号车拍摄的此处被证实曾经有水,可以具备过生命

大量迹象标明,火星以前很可以与目前的地球一样,只是经过多少十亿年的演化才变成大气层粘稠、温度较低、水源枯竭等今天这个样子;而另一颗离地球很近的行星——金星正好与之相反。所以,没有少地理学家推断,火星是地球的未来,金星是地球的从前。因此,要深化探测火星,这关于研究地球的蜕变,预防它变成人类难以生存的第 2 个火星存在缓缓进作用。

从长远看,火星探测还有可以解决未来地球上一些难以解决的问题。例如,地球可以总有一天会遭受地外星球的撞击而覆灭。因此有些科学家现已开始研究向外空移民的方案了,以保管人类的连续。由于火星与地球最为相似,所以没有少科学家觉得可先把火星改形成适合人类寓居的第 2 个家园,而后向火星移民。为此,往常就必须逐渐全面而深化地领会火星才行,为改造火星、建筑火星基地奠定根底,做好筹备。

美国猎奇号火星车火星盖尔陨坑全景照

新世纪的 “探火竞赛”

进入 21 世纪以后,世界火星探测高潮迭起,美国独占鳌头,欧洲、印度的火星探测器也纷繁亮相。

2001 年,美国成功地发射了 “火星奥德赛”探测器,初次觉察火星地表下面具备水冰,这预示着火星上具备生命的可以性。此后发射的美国火星探测器也都获得成功。

2003 年,美国先后发射了第二代火星车——勇气号跟机遇号,它们没有只大大超期服役,而且相当于一个地质学家站在火星上获取了首要成果,使科学家更好的领会了火星,并再次证实火星上有水。

美国机遇号火星车示意图

2005 年入轨的美国 “火星勘测轨道器”是当今世界最提高、最大的火星轨道器,它用于从低轨道观察火星,拍摄了大量高明晰度火星图片,并为火星着陆器选址跟中继数据。

2007 年,美国凤凰号火星着陆器升空。它是第一个在火星北极地区着陆的探测器。

2011 年发射的美国 “火星科学实验室”携带了第三代火星车猎奇号,其上的科学仪器质量是第 2 代的 15 倍,采纳了没有怕阳光少跟沙尘暴的核电源作为火星车能源,还初次采纳了 “空中起重机”着陆新技巧在火星名义准确着陆。

2013 年,美国 “火星大气与挥发物蜕变”入轨。它是世界首个研究火星上层大气的探测器,旨在考察火星上层大气,协助领会火星大气气体逃逸到太空关于火星现象蜕变所产生的影响。

2018 年 11 月 26 日,美国洞察号火星探测器在火星保险着陆。它初次关于火星进行 “体检”,为火星做 CT,深化研究火星内部,揭示岩质天体造成等问题。

洞察号着陆火星工作示意图,左下角的半圆形装备是火震仪,右下角的热流探头能深化地表下 5 米,丈量火星内部散逸的热量,并协助揭露火星的热历史

进入 21 世纪后,欧洲也开始探测火星。2003 年 6 月 2 日,欧洲第 1 个火星探测器 “火星快车”升空。它由轨道器随着陆器组成,其中轨道器进入火星轨道,获得超出预想的数据,包括用雷达探测火星的水资源存量,目前仍在超期服役,并为火星着陆器或巡视器选址跟供给信息中继效劳。但其携带的英国猎兔犬二号着陆器在着陆火星历程中与地球失去联系。

2016 年,以欧洲为主,欧洲航天局与俄罗斯配合研制的 “火星生物学 - 2016”探测器入轨。它由 “微量气体轨道器”跟 “夏帕雷利”着陆器组成。其中轨道器成功进入火星轨道,主要用于探测火星大气中的微量气体;着陆器原定用于进行火星名义着陆试验,但不成功。

欧洲 “夏帕雷利”着陆器从 “微量气体轨道器”分别落向火星名义

2011 年,俄罗斯发射了 “火卫一 - 土壤”/ 萤火一号探测器。这次火箭虽然没出问题,但探测器在地球轨道发作了故障,没能进入地火转移轨道,最后再入地球大气层烧毁。

印度没有时想在亚洲航天范围争个第一。2013 年,印度发射了其第一个火星探测器——“曼加里安”。它于 2014 年成功进入火星轨道,并发回所拍摄的火星照片,从而成为继苏联、美国跟欧洲之后世界第 4 个成功探测火星的国家或组织,也是亚洲第 1 个成功探测火星的国家。

2020,火星 “赶集”

今年有三个国家的火星探测器升空,如同到火星去赶集。其中中国是初次发射火星探测器,阿联酋的首个探测器则是与美国配合研制的。

阿联酋的期冀号火星探测器计划于 7 月 20~22 日率先升空。这也是阿拉伯国家首个深空探测器。它是由美国供给技巧支持研制的,犹如一颗火星的天色卫星用于全面探测火星大气,研究火星现象变更、低空天气变更、沙尘暴预报等。

期冀号有四大科学探测目标:一是探索氧气跟氢气从火星大气中散逸出去的底细;二是研究古今火星现象之间的联系;三是寻觅火星下层大气与上层大气之间的联系;四是构建最全面的火星大气整体模型。

为此,它载有 3 台科学有效载荷:阿联酋探索成像仪、阿联酋火星红外光谱仪、阿联酋火星紫外光谱仪。

阿联酋期冀号火星轨道器

我国天问一号火星探测义务将通过一次发射完成火星缠绕、着陆跟巡视三项义务,这在人类火星探测史上是史无前例的。采纳这种 “一举三得”的探火办法,动身点高,效益高,但挑衅大。如果成功了,将使我国深空探测能力跟水平完成逾越式开展,成为世界第 3 个在火星着陆的国家,第 2 个在火星巡视的国家。它将深入我国关于火星乃至太阳系的科学认知,推进关于比行星学等重大问题研究。

天问一号火星探测器由缠绕器、着陆巡视器(又叫火星车)组成。其中缠绕器用于关于火星发展寰球性、普查性综合探测,并为巡视器供给中继通信链路,设计寿命一个火星年,相当于 687 个地球日;火星车用于在着陆区发展区域性、精密性巡视探测,设计寿命工作 3 个火星月,相当于地球上的 92 天。

中国火星探测器进行热试验

我国将用长征五号遥 4 运载火箭发射天问一号火星探测器。该火箭地火转移轨道运载能力可能达到 5 吨,能知足天问一号直接进入地火转移轨道的请求。天问一号将在 2021 年 2 月左右进入火星轨道。此后,其上的着陆巡视器将择机与缠绕器分别在火星名义着陆。

天问一号的工程目标是突立火星制动捕获、进入 / 下降 / 着陆、长期自主治理、远距离测控通信、火星名义巡视等要害技巧,获取较多的火星科学数据,使我国深空探测能力跟水平进入世界航天第一梯队。

中国天问一号飞向火星示意图

天问一号的科学目标是研究火星形貌与地质构造特性;研究火星名义土壤特性与水冰散播;研究火星名义物质组成;研究火星大气电离层及名义现象与环境特性;研究火星物理场与内部结构。

为此,天问一号的缠绕器将携带 7 台科学仪器,包括高、中分辨率相机、光谱仪、磁力计、名义雷达、离子跟中性粒子探测仪等;天问一号的火星车将携带 6 台仪器,包括探地雷达、光谱相机、小型天色站、磁场探测仪等。

据我国火星车专家贾阳介绍,我国火星车除装有太阳电池板外,在其顶部还装有一个像双筒望远镜样子的装备,叫作集热窗,它可能直接接受太阳能,而后使用一种叫作正十一烷的物质贮存能量。白昼,火星温度升高,这种物质吸热消融,到了晚上,温度下降,这种物质在凝集的历程中,释放热能,这样效率可能达到 80% 以上。

中国火星着陆器巡视器

由于目前大多数火星着陆器跟火星车都采纳太阳能电池供电。为此,火星着陆器跟火星车普通着陆在纬度小于 40° 的火星低纬度地区,因为这一区域阳光关于比充沛,日夜温差也关于比小,有利于探测器的工作。据专家介绍,综合推敲多种因素,我国火星着陆区在火星北纬 5°~39°。从光照推敲,火星赤道四周好,但地形冗长。另外,由于登陆火星 99% 以上减速是靠大气,因此着陆点海拔越低减速光阴越长,着陆越保险。

保险着陆是火星探测义务最艰难的挑衅之一。2019 年 11 月 14 日,我国在位于河北怀来亚洲最大的的地外天体着陆综合试验场,成功模拟了着陆器在火星重力环境(火星重力加速度约为地球的 1/3)下悬停、避障、缓速下降的历程,关于其设计正确性进行了综合考证,也为火星探测义务的如期实行奠定了坚实的根底。

中国初次火星探测义务着陆器悬停避障试验

据中科院院士,航天科技集团科技委主任包为民吐露,我国着陆巡视器组合体着陆历程分 4 个减速段,先是气动减速段,靠火星大气的阻力,用约 290 秒把速度从 4.8 公里 / 秒减速到 460 米 / 秒;而后探测器打开降落伞,用约 90 秒把速度由 460 米 / 秒降到 95 米 / 秒;接着进入到能源减速段,探测器反推发动机点火工作,用 80 秒把速度减小到 3.6 米 / 秒;最后是着陆缓冲段,在距火星名义 100 米悬停避障,而后以 0 速度着陆。

因为天线的直径跟探测距离成正比,增大天线口径是进步信号信噪比的基础路程,可能增添探测距离。为此,火星探测器常采纳高增益、高坚固的抛物面天线,地面深空网也采纳直径很大的收发天线。我国主反射面直径 70 米高性能接管天线将于 2020 年 10 月在天津武清建成,工作频段为 S、X 跟 Ku 频段,它完全拥有火星探测的数据接管能力。

直径 70 米高性能接管天线

权威航天专家最近在采访中提到,我国还计划在 2028 年左右进行第二次火星探测义务,采集火星土壤返回地球。

美国将于 7 月 30 日发射火星 - 2020 火星探测器,它由巡航级、下降级、减速器跟毅力号火星车等部件奇特组成,最后只有毅力号火星车降落在火星名义。

美国毅力号火星车

汽车大小的毅力号火星车,计划于 2021 年 2 月 18 日在火星杰泽罗陨坑口着陆。它有四大义务:一是研究火星的地质特性;二是确定火星上能否曾经具备生命;三是研究火星现象状况;四是测试火星大气中的氧气产朝气制以及各种大气参数数据。

该火星车是在猎奇号火星车的根底上改进而成的,以便降低用度跟危险,节俭光阴,但它还是采纳了多项新技巧。例如,它将携带一架小型无人驾驶直升机机灵号,用于前往遨游车难以抵达的地区或生物愚钝地区进行区域勘探。

美国微型火星直升机设想图

最后,预祝中美阿三国的火星探测器都能马到成功。

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