中國天問一號成功登陸火星!比NASA早7天發射,為何晚3個月登陸?

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?激動人心的時刻!就在剛剛,我國的天問一號著陸器和巡視器組合體成功著陸火星最大平原——烏托邦平原,創造了中國航天史上的新里程碑,這一歷史性時刻必將載入中國航天的光輝史冊!中國航天從此真正走向深空,開始探索更為廣闊的宇宙。
登陸火星面臨著九死一生的挑戰,整個過程兇險無比,持續大約7分鐘的時間,故又被稱為“恐怖7分鐘”,這一切與未知的火星大氣有關。雖然火星大氣十分稀薄,表面大氣壓僅為地球表面大氣壓的0.628%,但這稀薄的大氣成了登陸火星的夢魘。
登陸火星究竟有多難?
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我們生活在地球上,可以通過很多方式去監測地球大氣的風速、氣壓和密度,從而確保航天器再入大氣時的安全。然而,人類對于火星的大氣環境知之甚少,導致登陸火星充滿了未知的危險,很多登陸火星的探測器都是殞命于此。
另外,登陸火星對于探測器的自主降落能力提出了極高的要求。這是因為地球和火星相距遙遠,通信存在很大的延遲,地球上的控制中心不可能實時控制著火星上的探測器。
目前,火星正是遠離地球的時候,地火的距離達到了3.18億公里。從地球上發射出的無線電信號以光速傳播,也要17.7分鐘的時間才能抵達火星。因此,只能全權交由探測器自主降落火星。
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因此,登陸火星的難度極高。在天問一號之前,已經有20個探測器嘗試登陸火星,其中只有10個成功登陸,成功率僅為50%。最早登陸火星的是蘇聯發射的火星3號,它于1971年首次成功登陸火星,但它登陸后只運行了14秒。
美國的成功率最高,NASA先后10次嘗試登陸火星,9次取得成功,只有1999年發射的火星極地著陸者號在登陸火星時失聯。最早登陸火星的是1976年的海盜2號,它與天問一號一樣,也是登陸烏托邦平原。最近一次是在今年2月19日登陸火星的毅力號,它還帶了一架無人直升飛機——機智號,并在火星上實現首飛。
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由此可見,我國一次就成功登陸火星有多么不容易。那么,天問一號是如何登陸火星的呢?
天問一號的“恐怖7分鐘”
天問一號由軌道器、著陸器和巡視器(祝融號火星車)組成,著巡組合體放置于氣動外罩之中。軌道器先與著巡組合體分離,它將繼續繞著火星飛行,為著陸器和地球提供中繼通信。
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在大約125公里的高度,著巡組合體以11.2°的進入角和4.8公里/秒的速度進入火星大氣。由于速度極快,巡組合體強烈壓縮前方氣體,產生極強的氣動加熱效應,導致氣動外罩底部的隔熱盾溫度升高至上千度。
經過4.7分鐘的大氣減速之后,著巡組合體的速度降為460米/秒,溫度也得到大幅降低。在這種超音速下,降落傘打開,讓航天器充分減速。過了40秒后,隔熱盾拋離,速度降為250米/秒。
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到了距離火星表面1.5公里時,降落傘和氣動外罩的上部分一同被拋離,并啟動反推火箭進行減速。到了高度為100米時,著巡組合體懸停在空中,它所攜帶的雷達和光學相機將會尋找合適的降落點。
最后,天問一號著巡組合體穩穩地降落在火星表面上,中國的探測器第一次造訪這顆紅色星球。預計一周之后,祝融號火星車將會行駛在火星上。
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天問一號比毅力號早一周發射,為什么卻會晚三個月登陸火星?
在我國的天問一號去年離開地球7天之后,NASA的毅力號也踏上了奔赴火星的旅程。但在今年2月19日飛抵火星的當天,毅力號直接成功登陸火星。而天問一號直到三個月后才登上火星,這是為什么呢?
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首先,NASA已經對火星開展過一系列探測,充分了解了火星的地形地貌,毅力號早在離開地球之前就已經選擇好著陸點。在火星軌道上,NASA還有多枚探測器在運行,包括火星勘測軌道飛行器(MRO)和火星大氣與揮發演化探測器(MAVEN)。NASA已經有軌道器進行中繼通信,毅力號就不需要攜帶軌道器。再加上NASA已經有過7次成功登陸火星的經驗,因此,一到火星之后,毅力號就能直接登陸火星。
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