技術(shù) 天問一號(hào)和毅力號(hào)為什么選完全不同的火星著陸技術(shù)？
2月19日，毅力號(hào)將再次上演空中吊車技術(shù)，進(jìn)行火星著陸。我國的火星探測器天問一號(hào)將在5月前后，使用火箭反推懸停降落技術(shù)進(jìn)行火星著陸。那么，火星著陸有哪些方案呢？為什么毅力號(hào)和天問一號(hào)的選擇不同？
要進(jìn)行火星探測，使用能夠自由移動(dòng)的火星車就可以進(jìn)行更多科研項(xiàng)目，而且越大越好。因此，能把更大、更重、更復(fù)雜的火星車安全到火星表面，是很重要的技術(shù)需求。應(yīng)該怎么做呢？按時(shí)間演化和復(fù)雜度來算，人類總共有過三代火星著陸技術(shù)。
01
火箭反推懸停降落
第一種：火箭反推懸停降落。顧名思義，反推火箭啟動(dòng)后會(huì)一直工作到降落火星表面。采用這種方式，探測器將攜帶巨大（相對(duì)著陸器本身體積）的燃料罐和反推火箭，各種傳感系統(tǒng)也裝在著陸器底部。因此，著陸器幾乎不可能再有多余的空間設(shè)計(jì)懸架結(jié)構(gòu)和輪子運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。這就導(dǎo)致燃料罐和反推火箭沒有辦法在著陸前完成脫離，同時(shí)著陸腿卻要做到足夠重以降低著陸器整體重心并提高著陸安全性。
文章插圖
天問一號(hào)著陸模擬國家航天局優(yōu)點(diǎn)：可以適合各種質(zhì)量的著陸器著陸。安全系數(shù)最高。未來大規(guī)模飛船必備方案。
缺點(diǎn)：火星車不能直接采用這種方式著陸，只能通過著陸器釋放小火星車。對(duì)著陸區(qū)地形要求高，很難挑戰(zhàn)復(fù)雜地貌。儀器復(fù)雜度受限。
成功案例
火星三號(hào)，維京一號(hào)，維京二號(hào)，鳳凰號(hào)，洞察號(hào)。天問一號(hào)也是這個(gè)方案。
02
氣囊彈跳降落
第二種：氣囊彈跳降落。這種方式在開始著陸時(shí)，與火箭反推懸停降落方式相同，也采取火箭反推方案進(jìn)行初步減速和懸停確定著陸地點(diǎn)。不過在最后階段，著陸器會(huì)分離成兩個(gè)部分，一部分?jǐn)y帶有反推火箭和燃料罐，另一部分則將火星車折疊后牢牢包裹在巨大的氣囊中。
著陸保護(hù)系統(tǒng)確定好著陸區(qū)域后，著陸器會(huì)將氣囊彈出并用繩索牢牢吊住，穩(wěn)步下降。釋放命令下達(dá)后繩索斷裂，氣囊在距離火星地表數(shù)米處釋放。隨后，在地面經(jīng)過多次彈跳后穩(wěn)定下來。
巨大氣囊內(nèi)部往往有平衡設(shè)備，能保證氣囊停止運(yùn)動(dòng)后折疊的火星車跟地面保持正確的姿態(tài)，隨后氣囊打開，火星車緩緩展開并駛出。
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優(yōu)點(diǎn)：適合可移動(dòng)的中型火星車，對(duì)著陸區(qū)域地形要求不高。缺點(diǎn)：氣囊能力有保護(hù)上限，沖擊力同樣限制火星車科研儀器設(shè)備。
成功案例
探路者號(hào)/旅居者號(hào)組合，勇氣號(hào)，機(jī)遇號(hào)。
03
空中吊車
第三種：空中吊車。目前僅有好奇號(hào)使用過此方案，毅力號(hào)將會(huì)沿用。采用這種方案，著陸器同樣將分離成兩部分，上部分是一個(gè)擁有8枚強(qiáng)力反推火箭的空中吊車，在下降過程中它將好奇號(hào)火星車保護(hù)在中心。
下降時(shí)，好奇號(hào)被釋放后將懸掛著，它被三根最長可達(dá)7.5米的尼龍繩和一根負(fù)責(zé)信號(hào)和控制指令傳輸?shù)摹澳殠А彪娎|所連接。隨著高度降低，好奇號(hào)的動(dòng)力系統(tǒng)和六個(gè)直徑半米的巨大輪子完全展開，好奇號(hào)底部的傳感器不斷通過“臍帶”向空中吊車報(bào)告實(shí)時(shí)狀態(tài)。在空中吊車的懸停和精細(xì)操作下，好奇號(hào)緩慢靠近地面，最終火星車感應(yīng)到穩(wěn)定接觸火星地表后，尼龍繩和電纜將會(huì)在瞬間被切斷，實(shí)現(xiàn)火星著陸。隨后空中吊車會(huì)用盡所有的能量，它將向盡量遠(yuǎn)離好奇號(hào)的地方飛去，最終墜毀。
文章插圖
優(yōu)點(diǎn)：可釋放質(zhì)量和體積較大的火星車。對(duì)著陸區(qū)域地形要求低，這些火星車也會(huì)被最大限度保護(hù)，能攜帶非常精密的高級(jí)儀器。缺點(diǎn)：技術(shù)難度最高，且依然存在質(zhì)量上限，毅力號(hào)1025千克已接近極限。
成功案例
好奇號(hào)。
對(duì)于我國而言，火星探測正處于技術(shù)起步驗(yàn)證階段，天問一號(hào)240千克級(jí)的火星車，有必要使用最經(jīng)典的火箭反推、由著陸器釋放的方案。而毅力號(hào)重量超過1噸，并且有好奇號(hào)的經(jīng)驗(yàn)作為鋪墊，選擇使用空中吊車技術(shù)順理成章。同時(shí)，毅力號(hào)的各項(xiàng)技術(shù)更加先進(jìn)和成熟，是我們努力的目標(biāo)。加油天問一號(hào)！加油中國火星探測！
來源/太空精釀的空間站
文/毛新愿
編輯/楊斯爽
審核/楊潔
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