中國腳步踏上“熒惑” 祝融著陸遙寄“家書”
作者:劉峣
發(fā)布時間:2021-07-24
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  熒惑(中國對火星的古稱)已至,求索無疆。5月15日,中國首次火星探測任務(wù)天問一號著陸巡視器安全“到站”,著陸烏托邦平原,紅色火星第一次留下了中國印跡。

  從2020年7月23日發(fā)射升空以來,天問一號經(jīng)歷了近300天的長途跋涉,順利完成了探火任務(wù)“繞、著、巡”中的前兩步目標(biāo)。隨著祝融號火星車進(jìn)入巡視探測的工作狀態(tài),更多的火星奧秘將呈現(xiàn)在人們面前。

  著陸:跨越“生死”考驗?

  “目前,全世界已進(jìn)行的21次火星著陸任務(wù)中只有9次成功,難度系數(shù)極高!”在傳回地球的第一封“家書”中,祝融號火星車“講述”了著陸火星的驚魂時刻。

  安全著陸火星,既要選擇地形平坦的著陸區(qū),還得趕上合適的天氣狀況。

  火星表面天氣惡劣,每年都會形成幾場巨大的沙塵暴。沙塵暴可能改變著陸巡視器下降過程的動力學(xué)參數(shù),影響安全性,沙塵粒子也可能附著在探測器表面,甚至鉆入內(nèi)部,造成儀器設(shè)備故障,導(dǎo)致火星車失去能源供應(yīng)。

  航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計部火星巡視器總體主任設(shè)計師陳百超說,中國首次實施火星探測任務(wù),對火星的環(huán)境特別是大氣等參數(shù)沒有一手?jǐn)?shù)據(jù),難度和挑戰(zhàn)可想而知。

  為此,在被火星引力捕獲后,天問一號環(huán)繞器此前在火星停泊軌道上進(jìn)行了長達(dá)3個月的“準(zhǔn)備工作”,對預(yù)選著陸區(qū)開展多維度探測,一方面探測地形地貌,另一方面獲取著陸區(qū)附近區(qū)域的氣象狀況,最終確定了5月中下旬著陸的穩(wěn)妥選擇。

  著陸的過程同樣充滿兇險。專家表示,火星表面存在大氣,比月球表面的環(huán)境更為復(fù)雜。同時,火星離地球的距離也比月球更加遙遠(yuǎn),通信時延最長接近20分鐘。這意味著科研人員無法隨時監(jiān)測和控制探測器,很多高難度的任務(wù)只能靠天問一號自主完成。

  從進(jìn)入火星大氣層到最終著陸的過程中,天問一號經(jīng)歷了“生死9分鐘”——在不到10分鐘的時間里將2萬千米/小時的速度降到0。最終,著陸巡視器在緩沖機構(gòu)和氣囊的保護(hù)下穩(wěn)穩(wěn)降落在火星表面。

  巡視:展露一身“技藝”?

  “地質(zhì)學(xué)家說,我的軟著陸區(qū)很可能是一個古海洋所在地,有很高的科學(xué)價值,很可能會取得意想不到的科學(xué)成果。”祝融號火星車在“家書”中寫道。

  據(jù)專家介紹,地處火星北半球的烏托邦平原是太陽系中最大的撞擊盆地,直徑約3300千米。有科學(xué)假說認(rèn)為,烏托邦平原曾經(jīng)有海洋,并存在著與水有關(guān)的地貌特征,有待進(jìn)一步探測。

  中國首次火星探測任務(wù)總設(shè)計師張榮橋說,烏托邦平原相對平緩,安全著陸是后續(xù)開展科學(xué)研究的前提。同時,從科學(xué)探測的意義角度來看,天問一號著陸點附近應(yīng)該是古海洋與陸地的交接面,在這附近開展科學(xué)探測的潛力巨大。

  “目前,我還在著陸巡視器內(nèi)。經(jīng)過短暫調(diào)整后,出倉并開展巡視探測。期待全方位了解火星,并且回傳珍貴的數(shù)據(jù)和照片給大家哦!”著陸火星后,祝融號火星車目前仍處于適應(yīng)和“體檢”狀態(tài)。幾天后,祝融號將自主駛離著陸器,抵達(dá)火星表面并開展巡視探測,完成“繞、著、巡”任務(wù)的最后一步。同時,巡視器與著陸器還將進(jìn)行兩器互拍,火星的“真容”也將隨之公布。

  祝融號火星車的設(shè)計壽命為3個火星月,由于火星上的一天比地球略長(火星自轉(zhuǎn)周期約為24小時37分鐘),相當(dāng)于約92個地球日。按照計劃,約90個火星日后,祝融號火星車將完成巡視探測,順利“收工”。

  為了在短暫的3個月內(nèi)獲取更多有效的科學(xué)探測數(shù)據(jù),祝融號火星車具備了“一身技藝”——共載有6種科學(xué)儀器,包括多光譜相機、次表層探測雷達(dá)、火星表面成分探測儀、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀和導(dǎo)航地形相機等。通過全力的巡視探測,祝融號將為中國帶來火星研究的第一手資料,推動對火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等課題的研究。

  未來:進(jìn)行環(huán)繞探測?

  “就在昨天(5月17日),我和環(huán)繞器已建立了器間通信鏈路,第一次通過環(huán)繞器傳回了遙測數(shù)據(jù)?!痹诘诙狻凹視敝?,祝融號火星車“匯報”說,自己正在按計劃開展周圍環(huán)境感知和狀態(tài)檢查,各系統(tǒng)工作一切正常。同時,天問一號環(huán)繞器已實施第四次近火制動,順利進(jìn)入周期為8.2小時中繼通信軌道,成為地球和火星之間的“信使”,進(jìn)行“地火傳書”。

  祝融號在火星表面忙碌工作的同時,位于停泊軌道的天問一號環(huán)繞器也“閑不住”。專家表示,著陸巡視器安全著陸后,環(huán)繞器會停留在通信中繼軌道,轉(zhuǎn)發(fā)各種信息數(shù)據(jù)回地球,同時也向火星車傳達(dá)來自地球的指令。

  環(huán)繞器不只是“信使”,也是探索火星的重要主力。天問一號環(huán)繞器共攜帶了7臺科學(xué)儀器,分別是中分辨率相機、高分辨率相機、次表層探測雷達(dá)、火星礦物光譜探測儀、火星磁強計、火星離子與中性粒子分析儀和火星能量粒子分析儀,能夠在多軌道高度對火星進(jìn)行整體性、全球性、綜合性研究。

  環(huán)繞器的工作時間也比祝融號火星車長不少,既要兼顧火星車的中繼,還要進(jìn)行“全球覆蓋”的環(huán)繞科學(xué)探測。按照計劃,在90個火星日后,天問一號環(huán)繞器將進(jìn)行軌道調(diào)整,進(jìn)入近火點265公里、遠(yuǎn)火點1.2萬公里的軌道,對火星表面開展至少1個火星年(約2個地球年)的近距離遙感探測。

  天問一號任務(wù)之后,中國的行星探測計劃將邁向縱深。據(jù)了解,2030年前后,中國將實施火星采樣返回、木星系探測等任務(wù),目前正在開展關(guān)鍵技術(shù)研究,更多的“天問”系列任務(wù),將使中國的行星探測邁向更遠(yuǎn)的深空。


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