mehu 发表于 2024-9-2 07:37:54

技不如人?美国火星探测器能运行5251天,中国仅368天,为何?

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前言

火星是太阳系中和地球最相似行星,因此也成为了各国的发射探测器的首选目标之一,美国和中国都发射过探测器前往火星。

可是为啥美国的火星探测器能运行5251天,而中国火星探测器却只能运行368天。

这究竟是怎么回事?

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主要信源:
抖音百科《祝融号(中国首辆火星车)》2024.4.24
抖音百科《机遇号火星探测器》2024.4.28

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《祝融号(中国首辆火星车)》2024.4.24

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《机遇号火星探测器》2024.4.28
最接近地球的存在

火星,是距离太阳第四近的行星,也是太阳系里仅次于水星的第二个小行星,同时也是距离地球最近的太阳系行星之一。

虽然火星的质量只有地球的九分之一,面积也只有地球四分之一,而且大气层也十分稀薄,但这已经是太阳系里和地球最相似的行星了。

由于火星的大气主要是由二氧化碳组成的,因为这种成分组成让火星从外表看起来非常红,而地球大气主要是由氮气和氧气组成的,并且还有大面积海洋,因此是蓝色的。

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虽然火星距离地球有超过5500万到4亿公里的距离,平均距离也在2亿公里左右,这主要是受到太阳系行星之间轨道和运行周期影响。

虽然距离地球的平均距离达到2亿公里,但是火星的环境可是比月球还要好得多,因为有大气层的存在。

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月球的温度在零下180度到零上150度,昼夜温差极大,非常不适合人类生存,而火星的平均温度在零下57度左右,因此比月球的生存环境好得多。

而距离地球最近太阳系行星——金星,经过人类航天探索发现,金星的环境实在是恶劣了,空气几乎中全是二氧化碳,并且布满了稀硫酸云,最主要的是金星的地表温度长年在460摄氏度,即使是探测器上去也撑不了多久,人上去直接就熟了!

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因此,相比于金星的高温,火星的温度已经是十分友好了,毕竟地球最冷的温度都还有零下60度以上,而且火星的大气密度和火星的表面光照也不弱,昼夜和地球的接近,并且太阳能在火星上也可以使用。
不过由于火星的周期比较大,地球距离火星的距离忽远忽近,找到合适的窗口期,火星距离地球还要更近一些,并且目前人类现有的空间探测器投送能力,是完全可以实行火星探测的。

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而且有科学家认为,大约40亿年以前,火星的地质和气候与地球相似,也有河流、湖泊甚至可能还有海洋,未知的原因使得火星变成现在的“荒漠行星”。

因此,探测火星对于地球人类来说具有重大的意义,因为”地球的未来”很有可能就是现在火星,因此火星探测意义非凡。
那么,人类是什么时候开始进行火星探测的?

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参考信源:国家航天局探月与航天工程中心《为什么我们要去火星?》2020.6.10

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国家航天局探月与航天工程中心《为什么我们要去火星?》2020.6.10
中美火星探测车

其实人类针对火星的探测在上世纪60年代就已经开启了,人类对火星探索几十年间也从未停止,不过人类投送了五十次的火星探索,但是成功率仅仅只有一半。

主要向火星投送探测器,难度和复杂程度比想象的要难很多,因为火星距离地球远,环境恶劣,通信延迟等问题都是探测任务中必须面对的难题。

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不过也挡住人类对火星的向往,我国在2020年7月23日,成功从文昌航天发射中心发射了天文一号,这也是我国自主第一个火星探测任务。
经过长期7个月的飞行,天文一号成功进入了预定轨道,2021年2月10日,天文一号和火星成功交会,经过制动后成功进入了火星轨道。

不过,由于火星地势复杂,并且我国对于火星了解也并不是非常充足,因此天问一号进入环火轨道之后,开始了约为三个月的对地观察,目的是要选一个合适地点进行着陆,并且将大量的火星数据传输回了地球。

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5月17日,之后携带火星车的着陆器将与环绕器分离,并且成功利用降落伞和反推火箭在火星表面着陆。

开始了为期90个火星日(约24小时39分35.2秒)的巡视探测任务,祝融号身上带了多个科学探测负荷,毕竟花费了小一年才完成着陆,肯定要好好了解一下火星!

祝融号的科学探测任务主要是:探索火星地貌和地质构造、探测火星土壤和水冰探测、探测火星表面矿物岩石,探测火星大气的物理特征和环境,为未来探索火星计划做准备。

祝融号在完成90天内,完成了所有探测任务之后,又持续工作了280天,最终祝融号的火星车总共运行了368天,最终停止了工作。

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而美国的火星探测车“机遇号”是在从2003年7月7日发射的火星探测任务的地表漫游车,也是NASA火星探测漫游车其中一辆,另外一辆是“勇气号”。
机遇号经过漫长的飞行,终于在2004年1月25日成功降落在了火星子午线高原上,而机遇号的设计寿也是90天左右,它的任务主要是探索岩石和土壤的特征,探索火星是否曾经有水的流动,以及当地岩层的化学作用,主要的目的是评估火星的环境是否可以真正生存人类。

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机遇号在完成任务之后,依然在工作,已经连续有效运作了原本90天任务的,还在火星进行持续探索,并且还成功在2007年的时候,躲过了一次火星沙尘暴。
自从躲过了这次危机之后,机遇号就像是天命之子一样,一下子工作了15年,达到了5251天,也是人类在火星探测最长的火星车。

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在这十五年的时间里了,本来计划只行驶1公里的机遇号远远超出了设计寿命,实际的行驶距离超过了45公里,不过在2019年2月13日,机遇号遇到了低功率故障和任务时钟故障还有其他一些故障,因此已经无法联系到机遇号了。
那么,为啥机遇号比祝融号运行时间长这么多?

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参考信源:
抖音百科《祝融号(中国首辆火星车)》2024.4.24
抖音百科《机遇号火星探测器》2024.4.28

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抖音百科《祝融号(中国首辆火星车)》2024.4.24

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抖音百科《机遇号火星探测器》2024.4.28
为啥美国探测器能运行这么长?

其实,这也不难解释。

毕竟美国的火星探测计划起步比较早,从上世纪60年代开始,美国的“水手”系列火星探测任务就已经启动,虽然前三次都失败了,但是还是在1964年成功将“水手4号”发射到了火星轨道。

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因此,美国在火星探测上的经验要比咱们还强得多,而机遇号作为美国探索火星计划的一部分,自然在这方面要比中国强不少。

而且机遇号上虽然设计时长只有90个火星日,但是采用的导航技术、能源系统和科学仪器,由于前40年的经验,因此让机遇号可以在火星上长时间稳定的运行。
而我国对于火星探索比较晚,而且“祝融号”是我国首次向火星发射的探测任务,因此在经验上和技术上肯定不如美国在火星上经验。

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而且中国首次的火星车也是圆满完成了任务,原本设计寿命只有90个火星日的祝融号,已经远远超出了设计寿命,足足运行了368天才停止运行,而且还是一次成功,这个成功率比其他任何一个国家发射的成功率都要高。

不仅如此,出了经验和技术上有些差距,火星上的气候也是一个重要因素,时常出现的火星沙尘暴,这种对火星车运行会造成很大的影响。

一旦火星探测车的太阳能板被覆盖,那么很有可能会导致能源供应不足,因此美国对这方面经验肯定要更足,采用了适合火星的能源系统和防护措施,虽然祝融号也采取了以一定的防护措施,但是在恶劣情况下可能不如机遇号做的准备更多。

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另外一点,祝融号和机遇号的任务也不同,因此他们身上设计结构也完全不同,比如祝融号主要任务是针对火星的地貌特征、地质构造、火星大气结构的探测和研究。

而机遇号是目的是针对火星生命探测和人类生存的可能性探究,因此身上携带的东西肯定是不太一样的,这也会导致表现不相同。

因此,中国作为探索火星的起步者,面对火星还需要长时间探索,不过根据天问一号的是现在任务来看,中国航天的发展速度远比其他国家要快。

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那么,我国针对探索火星有什么计划?
参考资料:
环球时报《机遇号火星探测器结束15年任务 原本只想用3个月》2019.2.15

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环球时报《机遇号火星探测器结束15年任务 原本只想用3个月》2019.2.15
中国探测火星

我国的中国首次火星探测任务工程总设计师张荣桥在2022年4月24日中国航天日表示:“天问三号是从火星取样返回。”

而天问三号的计划会在2028年左右实现,其实实现火星登陆难度就已经很高了,从火星取样返回地球,这是目前没有任何国家做得到。

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如果天文三号真的能够从火星取样返回地球,那么中国将会成为针对火星探索进度最快的国家 ,并且很有可能实现未来人类登陆火星计划,甚至可以长期建立火星基地。

人类针对火星进行探索了几十年,经过多年的探索研究,目前已经在火星上发现了水存在的证据。

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欧洲的“火星快车”任务甚至发现了火星上疑似地下水湖的地方,并且推测火星也存在一定有机物分子,也就说火星上很有可能存在一些简单的生命。

因为,单单靠水的发现大大激发了科学家在火星上寻找生命迹象的热情,同时对研究地球的生命起源和演化提供科学参考。

所以,世界各国针对火星的探索都是积极做好了准备,虽然火星未必会成为人类寻找的第二个家园,但是火星距离地球相对来说更近,以目前人类水平来说,对火星探索和载人登陆火星才是可以实现的目标。

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探测器拍摄的火星鹅卵石
探索火星更重要的目标是为了,了解太阳系的起源、了解人类的起源,并且确定地球是不是太阳系内唯一具有生命的星球。

而且火星的白天温度只有28度,晚上的气温是零下132度,平均57度,因此相比于其他行星,即便是火星的条件完全不足以支撑人类生存,但是也比其他星球的环境要好得多。

所以说,探索火星、取样返回、登陆火星都是目前人类探索太阳系其他行星的最优选择。

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火星地表复原示意图
参考资料:
北京日报客户端《保障“天问三号”任务!我国对火星大气研究有新突破》2023.11.6

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北京日报客户端《保障“天问三号”任务!我国对火星大气研究有新突破》2023.11.6
结语

总之,虽然祝融号的运行时间相对较短,但这并不意味着中国在未来的火星探测技术上一定不如美国。

而祝融号作为中国第一个登陆火星的探测车,能够成功着陆并且稳定运行,还超出了很多天就已经证明,我国在探索火星实力和技术进步,希望中国火星探索工厂更上一层楼。

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参考资料:
北京日报客户端《保障“天问三号”任务!我国对火星大气研究有新突破》2023.11.6
环球时报《机遇号火星探测器结束15年任务 原本只想用3个月》2019.2.15
国家航天局探月与航天工程中心《为什么我们要去火星?》2020.6.10
抖音百科《祝融号(中国首辆火星车)》2024.4.24
抖音百科《机遇号火星探测器》2024.4.28

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