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“天问一号”,启程“探火”

来源: 人民日报   日期:2020-07-24 10:21:48  责编:娟子/刘玉辉 
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    7月23日,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启程。随着长征五号遥四火箭的点火升空,我国拉开了向更遥远的深空探测的序幕。我国将通过一次发射,实现“绕、着、巡”三大任务,这在世界航天史上尚属首次。我国首次火星探测任务“天问一号”正式启航,“天问一号”探测器将在地火转移轨道飞行约7个月后,到达火星附近,通过“刹车”完成火星捕获,进入环火轨道,并择机开展着陆、巡视等任务,进行火星科学探测。

  为什么去火星
   
最近20多年以来,几乎每一个发射窗口都有火星探测器发射。今年7月,就有3个国家计划实施火星探测任务。人们为什么对火星情有独钟?
    中国首次火星探测任务新闻发言人、国家航天局探月与航天工程中心副主任刘彤杰表示,火星一直是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。以往的探测发现了存在水的证据,火星上是否存在孕育生命条件以及火星是地球的过去还是地球的未来,成为火星研究重大科学问题。研究火星对认识地球演变具有非常重要的比较意义。

  国家航天局探月与航天工程中心深空探测总体部部长耿言介绍,太阳系共有八大行星,火星的自然条件与地球最为类似。

  从工程实践来看,火星探测相对于其他的行星探测也更容易实现。再从任务周期来看,金星、火星作为地球的邻居,飞行时间大约需要6—10个月。而木星则需要飞行7年,水星也需要花费数年时间。

  最难的环节是什么

  中国首次火星探测任务总设计师张荣桥此前接受记者采访时表示,火星探测工程的最大特点,是距离远、环境新。

  “火星离地球最远4亿公里,从地面上发送一种指令,探测器要在23分钟后才能执行,这就给我们的测量、控制带来了新的难题。”张荣桥说,第二个挑战是环境新。“航天器设计的逻辑是先了解要去的环境,通过各种技术、手段、措施来保障航天器适应这个环境,但深空探测的特点是要去一个尚不确知的环境。尽管我们已成功实现月球的软着陆,但火星和月球的环境截然不同,给探测器的设计带来很大难度。”

  专家介绍,火星探测的关键环节非常多,发射段、捕获段、两器分离、着陆过程中气动减速等等,每一个环节都面临各种挑战。其中最为关键和核心之处,就是探测器进入火星大气后的着陆过程。由于地球与火星距离遥远,整个过程无法由地面实时控制,必须依靠探测器自主完成。这一过程被人们形容为“黑色7分钟”。

  据介绍,着陆器进入火星大气层的速度高达18000千米/小时。超高速摩擦将会产生高温,经历了上千摄氏度高温的考验后,降落伞将帮助火星车进行减速。随后火星车将开启全自动驾驶模式,自主完成减速、悬停,避开火星表面复杂地形后,缓缓降落至火星表面。

  航天科技集团五院火星探测器总设计师孙泽洲说,此次我国火星探测任务起点高,技术跨度大,探测器研制中关联性异常复杂。“这次任务最核心、最难的地方,就是探测器进入火星大气后气动外形和降落伞减速的过程,只有一次机会,必须确保成功”。

  火星车着陆后干什么

  探测器分为环绕器和着陆巡视器。刘彤杰介绍,着陆巡视器将在火星乌托邦平原南部预定区域实施软着陆。“到达火星不是目的,尽可能获得有效科学探测数据才是目标。”据介绍,围绕火星环绕的环绕器搭载了7台科学仪器,火星车则携带了6台载荷。

  对于环绕器与着陆器将开展的探测工作,专家做了形象的归纳:照相,去了之后总要看看火星长啥样,传回火星图像;测物质,火星表面有什么物质,构成成分是什么;测环境,携带的这类仪器数量最多,探测火星的磁场环境、离子与中性粒子、高能离子等情况;看内部,尽管只是探测浅层的地质结构,也是大家关注的焦点,火星地下的分层结构如何,到底有没有水冰的存在等;看气象,火星上的温度变化到底怎么样,可以测风、测温、测气压,还能听听火星上的声音什么样。

  张荣桥表示,我国首次火星探测任务2016年正式立项,经业界专家分析研判,最后提出一步实现“绕、着、巡”的工程目标。“这样的目标对我们来讲有难度,但是大家努努力、踮踮脚、伸伸手还是有可能实现的。通过这次任务的实施,在火星使命牵引下的新一轮创新,对实现航天技术领域新跨越、推动我国由航天大国走向航天强国意义重大。”

  深空探测下一步怎么走

  专家分析,探月工程的经验,以及大推力运载火箭、超1亿公里测控等技术的突破,都为火星探测任务奠定了坚实基础。

  值得一提的是,长五遥四运载火箭的整流罩上都喷涂了与我国开展航天国际合作的国家和国际组织航天机构的标识。国家航天局局长张克俭对此表示,火星探测作为开放性的科学探索平台,包括港澳地区高校在内的全国多地研究机构积极参与了研制过程,我国也与欧空局、法国、奥地利、阿根廷等国家和组织开展了多项合作。国家航天局已经与40多个国家签署了100多份合作协议。张克俭说,“国家航天局愿意与发达国家、航天大国进行合作,也愿意和一些发展中国家合作。中国愿意与其他国家共享航天技术,促进全球的合作和发展。”

  火星探索的起步,代表了中国在深空探索领域已确定了下一个方向,中国的行星探测形成了整体概念。

  据透露,“天问”系列探测任务还将继续,我国计划在2030年开展第二次火星探测任务,也会继续推动小行星探测和木星、土星等更远星球的探测工程。

  国家航天局探月与航天工程中心主任刘继忠描绘了深空探测的未来:“除了行星探测,深空探测还包括月球探测和太阳探测。今年,我国将发射嫦娥五号进行月面采样返回,这是我国探月工程三期的收官之战,后续还将探测月球南极,已规划嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号等任务,未来也期待与国际同行合作,建立月球科研站。同时,对太阳的探测也会采取多种方式进行。”

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