火星探测器“问天一号”想要完成任务,到底有多难?

speedbow

23 号下午，我国首次火星探测任务 “ 天问一号 ” 探测器，在中国文昌航天发射场成功点火升空 ~



图片来源：微博 @Steed 的围脖

发射相信不少差友应该都看了，那大家有没有好奇过，发射后会发生神马？

难道 Xiu ~ 的一下射上太空就完事了？


当然。。不可能啦 ~

发射只是第一阶段，在发射后 “ 天问一号 ” 飞行约7 个月（ 去月球最快只用 5 天 ），再经历 5 个阶段才能完成火星探测任务，任何一个环节出问题，都会前功尽弃。



图片来源：微博 @ 人民日报

有记性好的老司机，看到这心里可能在嘀咕， 2018 年美国发射的洞察号不是只用了 6 个月就到了火星么？为啥 “ 天问一号 ” 慢一点？


就跟你开车回家有好多种路径一样，去火星也有好几条路，根据运载火箭、探测器情况的不同，可以选择不同的路。

洞察号只有 358Kg ，用个大推力运载火箭推到太空里，本身较轻，而且速度增量足够，可以用快速转移轨道。

而 “ 天问一号 ” 总重都快 5 吨了，出于节省燃料和推力的角度，选择了经济的、最省燃料的椭圆轨道：

这个轨道称作霍曼转移轨道▼



在途中通过数次中途修正飞行路径，走过超 4 亿公里的路径，逐渐飞近火星，这个过程也就是第二阶段：地火转移段。


在经过约 7 个月后， “ 天问一号 ” 进入了第三个阶段：火星捕获段。

在这个阶段，它仅有一次机会，用 “ 刹车 ” 停下来，从而被火星引力捕获，进入环绕轨道。

不但机会仅有一次，而且此时距离地球已经约 1.93 亿公里，通讯延时近 11 分钟，只能通过自主管理制动点火来完成，简直难上加难。。。


踩早了速度太低就会坠入大气层 “ 坠机 ” ，晚了就没办法被火星引力捕获。

进入环绕轨道以后，接下来的事情咱们得分部件来讲，我国的火星探测器由环绕器、着陆器和巡视器组成。



环绕器将调整至停泊轨道，进入火星停泊阶段，并且运行 75 天左右，对着陆区域等进行探测，准备着陆。


进入火星环绕轨道都这么难，更何况是着陆呢。。。

第五个阶段离轨着陆段才是最凶险的，在这个阶段着陆巡视器跟环绕器分离，开始各干各的 ~

环绕器释放巡视器后返回停泊轨道干活：为着陆过程提供中继通信，并且对火星轨道空间等开展探测。

而着陆巡视器则开始着陆，这个进入、下降、着陆火星的过程也被称为 “ 恐怖 7 分钟 ” ，要在短短的 7 分钟内要经历 4 个减速阶段，将探测器时速从 2 万千米降低到 0 。


而且这个过程中电磁信号是完全被屏蔽的，着陆器只能凭自己本事奋战。

在历经以上种种磨难，成功着陆后， “ 天问一号 ” 的探测任务才真正开始。

我们的车车可能也要踏上这片土地了 ~ ▼



今年赶着去火星的，不止是咱们的 “ 天问一号 ” ，还有美国的毅力号、阿联酋的希望号。

原本还有一个欧盟和俄罗斯的 ExoMars 2020 号也计划今年发射，但半年前他们宣布延期了。


看图吧， ExoMars 任务用发射年份作为代号，现在欧空局的官网上的ExoMars 2020 号已经改名为 ExoMars 2022 了。

掐指一算，这是他们第六次延期了▼




为啥大家都扎堆在今年发射探测器呢？

大家从初中地理中已经知道了，地球跟火星都在绕着太阳公转，但两者的轨道不同、速度也不同。

大约每 26 个月，地球和火星会进入距离最近的时期，在特定时间内发射探测器去火星，肯定是最节省燃料的，这样的时期大约每 26 个月会出现一次。

这样的发射时机并不对应于火星距离地球最近的时刻 ▼



最后再多掰扯几句。

其实 “ 天问一号 ” 并非是咱们第一个火星探索计划，早在 2011 年我们就搭了俄罗斯的 “ 便车 ” 准备探索火星。

结果俄罗斯那边扑街了，各种遥控抢救也没救过来。当时中国就坚定了航天不求人的决心，决定自己搞研发，去火星！

转眼 9 年过去了，火星对于人类来说仍然是个巨大的挑战。

2013 年印度发射曼加里安号，也就是完成了环绕，着陆跟巡视探测都没做。目前只有美国和俄罗斯成功着陆过。

今年，阿联酋发射了希望号，但是却是用了美国的技术，日本的发射场，说他们是 “ 冠名赞助商 ” 似乎更恰当。

而咱们的 “ 天问一号 ” 是自己独立研制的，只搭载了部分外国科学仪器，还要通过一次发射完成 “ 环绕、着陆、巡视探测 ” 3 个任务！ ~

世超认为，我们做了很多努力，但面对火星这个巨大的挑战能否一次成功，难说。如果出现了计划以外的事情，希望大家能够理解，能够继续支持。

无论最后成功与否，有勇气和实力尝试挑战火星，本身就是一个里程碑。

参考资料、图片来源：

维基百科《 霍曼转移轨道 》

新华社《 2 分钟为你模拟飞向火星全过程！ 》
看看新闻《 攻克 " 太空刹车 " 技术难点上海航天助力天问一号 》

NASA官网