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观看视频并体验令人兴奋的场景。视频来源:@新华视点
2020年7月23日下午12:41,“八四”号火箭于中国3月5日发射了中国首个火星探测任务“天文一号”,并在中国文昌航天发射场引爆。
火星探测器“天文一号”是由中国航天科技集团第五研究院研制的。起步后,她将经历大约7个月的漫长旅程,突破极长的距离,到达火星并进行环游和巡逻调查。
“火灾探测”任务无非是“胖子五”
为了发射航天器,发射器必须为探测器提供足够的发射能量,以使其具有足够高的初始速度。在确定分离率的条件下,发射能量越重,所需的检测器就越大。
在长征5号火箭出现之前,长征3B火箭当时具有最强的承载能力,能够将大约两吨的探测器送入地面火力传输路径,并且长征5号运载火箭的可发射性地面火力传递路径。5吨以上。因此,只有“胖五号”才能处理启动“天文一号”任务的大型探测器。
2006年3月5日的运载火箭经国家正式批准用于该项目的开发,并于2016年11月3日成功在文昌航天发射场飞行。十年后可称为“箭”。3月5日起的运载火箭外形巨大,全长约57米,机体直径为5米,此前,中国最大的现役导弹体直径仅为3.35米,由于其坚固耐用的外形,被互联网用户热情地称为“胖五号”。
照片由石啸摄
长征5号导弹不仅是中国最高,最大的导弹,也是最强大的导弹。长征5号导弹的发射质量约为870吨,运载能力为近地轨道25吨,地球同步转移轨道为14吨,比长征3B火箭的运载能力高2.5倍。长征5月5日的成功首飞具有中国的能力,独立进入太空,得到了极大的改进,中国导弹将被送往包括美国和俄罗斯在内的世界主流导弹基地。中国未来的载人空间站建设,月球探测项目的第三阶段以及火星探测任务都将使用长征5月5日发射器。
从中国运载火箭最快的速度飞“脂肪五”
此次发射的最大亮点是“脂肪五号”首次以每秒11.2公里的第二宇宙速度飞行,完全将探测器从地球引力中移出并前往火星。第二次宇宙速度也是称为逃逸速度,达到该速度的太空船将成为人造行星围绕太阳旋转。
“长征5号”的首席设计师李冬说:“火星探测器的发射是长征5号火箭首次达到并超过第二个宇宙速度,并且飞出了中国运载火箭的最快速度。”火箭。
“脂肪五”提供的起始能量(即分离过程中探针的动能和势能之和)是探针飞向火星的主要能源。探测器与运载火箭分离后,便开始了漫长的着火过程,飞行时间约7个月,在此期间必须进行纠正以纠正轨道偏差。
图片来源:@我们的空间
接近火星时,探测器刹车被火星的重力场捕获,进入圆形火椭圆轨道,周期约10个火星天,然后选择进行轨道操纵的机会。vern并进入具有周期的椭圆轨道大约2天的火星。在完成对着陆区的预检测和着陆点的设置后,选择释放着陆巡逻的可能性。轨道飞行器立即调整轨道并进入中继通信轨道,将着陆巡逻艇从轨道器中分离出来后,进入火星大气层,并通过空气动力学形状,降落伞,反向推力发动机和其他多级减速和降落,平稳地降落在火星表面着陆腿缓冲器运载平台分开,在火星表面进行巡逻科学探索。
一步完成“天文一号”
“周围,土地,巡逻和发现”中国首次火星探测任务虽然起步较晚,但起点高,范围广,从项目开始就瞄准了目前世界先进水平,确定了任务目标,并明确提出了三个最重要的目标。任务:如果能够成功实现这一目标,中国将成为世界上第二个独立掌握火星登陆巡逻技术的国家。。
根据第五航空航天科学技术学院太空研究领域的专家的说法,由该学院开发的火星探测器“天文1”由轨道飞行器和着陆巡逻队组成。着陆巡逻队由输入模块和火星。该车辆包括用于执行火星进入,下降和着陆排放的进入模块。火星漫游者配备了大量科学有效载荷,可以在着陆区进行检查。
图片由中国航天科技集团公司第五研究院提供
通过执行首次火星探测任务,中国将审查火星制动检测,登机/降落/着陆,长期自治管理,远程测控通信以及火星表面检查等关键技术,为奠定坚实的基础奠定基础。建立独立的太空探索技术体系,促进中国太空探索活动的可持续发展。
图片由中国航天科技集团公司第五研究院提供
“天文一号”必须克服长途旅行中的三个主要障碍
第一回合:
捕获!火星抓住我
“天文一号”将是中国第二架绕太阳运行的航天器(第一架是“ hang娥二号”)直飞火星。如果要被火星捕获,则必须单独克服。几个困难:
1.找出问题
火星的质量相对较小,其引力区域也相对较小,要被火星捕获,需要极精确的轨道来实现这一目标。继先前的“北斗”卫星系列出色的发射精度(同步轨道附近的远地点的精度为2公里,相当于珍珠速度每秒仅相差几厘米)之后,这显然不是问题。
2.沟通问题
火星与地球之间的距离介于5000万至4亿公里之间。考虑到两颗行星在被火星捕获时的相位,很明显,与38万公里的距离相比,“ hang娥”任务是百倍的差距。如此大的距离意味着来自探针天线的信号变得非常微弱,因此必须在地面上建立一个深空探测网络(DeepSpace Network,DSN)。
中国的DSN最初已经完成并展示了其功能:几年前,中国使用该系统跟踪飞出地球月球系统的“ C娥二号”,但仍可以与之通信8000万公里。该标准只是为了跟踪航天器而有些放松。2015年,我们的研究团队对“新视野”探测器进行了47亿公里的测量。同时,随着今年天津70米太空天线的建成以及与欧空局的深入合作,中国太空探索交流的问题显然得到了解决。
第二级:
进入火星轨道
在火星捕获“天文一号”以便进入火星轨道后,它必须能够在火星附近的某个点制动,进入椭圆形轨道才能进入火星并保持长时间运行。捕获的30个探测器中在火星引力作用下,只有3个飞越飞行任务和7个没有进入轨道直接进入火星大气层的飞行任务,只有3颗卫星无法进入火星轨道?本身也是人为因素。此阶段的主要困难是:
指令注入问题进入环形发射通道时,地球与火星之间的通信会延迟十分钟以上,这意味着我们无法通过事先注入指令来控制探测器。但是,这个问题对于一个发射数百颗人造卫星的国家来说并不困难,这符合日常发射任务的控制原则。只要在上个世纪末美国探测器“火星气候探测器”使用公制单位作为控制系统并且地面人员将英制数据输入火星大气并将其直接烧毁,这没有什么小错误。问题。
2.设备寿命问题我们注意到有两个失败的任务是由设备损坏引起的,但是这两个失败的任务是在1970年代发生的,随着人类技术的不断进步,这个问题也会在很大程度上发生。已经发现,至少从21世纪开始进入火星轨道的探测器在其预定的轨道上都运行良好。
第三级:
下降!死亡七分钟
进入火星轨道后,“ Tianwen-1”将花费几个月的时间来绘制火星表面图。在获得适当的着陆区图像后,着陆器“ Tianwen-1”将与轨道飞行器分离并进入下降阶段。
火星表面很粗糙。图片来源:NASA
下降阶段的持续时间通常从几分钟到几小时不等。美国人喜欢称其为“死亡七分钟”,因为他们的大多数国家都跳过进入火星轨道并进入火星大气层的步骤。高速。“天文1号”使用的程序与上世纪美国“维京号”探测器类似。它从火星的椭圆形大轨道缓慢进入大气层,在火星大气层中的飞行时间超过7分钟。技术难度等级相对较低。尽管中国对“往返”设置的独特实施相对激进,但难度仍然在可接受的范围内。
但是,这并不意味着到火星的任务像游戏一样容易。在过去的15次火星登陆任务中,成功完成了12次软着陆任务,但是只有8个能够实现有效的数据传输,而这8个幸运的人都是美国研制的“天文一号”探测器,希望打破“美国人诅咒”,成功完成了着陆任务并同时完成了“着陆和巡逻”两个步骤。还有一些要克服的困难:
1.自主着陆问题
尽管“ C娥三号”和“ C娥四号”已经成功完成了来自天外天体的自动着陆发射,但应注意的是,在月球着陆期间使用了反冲引擎,并且仅有少数几个影响因素以及地球与月球之间的通信延迟仅超过一秒钟。一旦某些过程出现问题(例如,悬停和避障阶段),也可以恢复手动控制。
火星的第一宇宙速度高于月球,不可能完全降低功率。尽管火星大气可以用于空气动力学减速,但降落伞可以大大降低下降阶段所需的燃料,火星的气氛太稀薄了。即使在大范围使用降落伞时,其最高速度仍然很高,因此仍然有后坐力,必须使用发动机来降低降落效果,地火通信的延迟也很高,不可能进行人工干预,也是地面附近火星空气的干扰等,因此一切操作只能由着陆器自己执行,这无疑增加了对自动控制的要求,并且是下降任务中最大的困难之一。
2.着陆部件的可靠性除了控制系统的直接故障外,着陆过程中产生的振动以及火星的独特环境也大大增加了部件故障的可能性。尽管航空航天设备的可靠性已经得到了质的提高,但成功率来自火星任务,近年来一直在增加,但是仍然存在问题-例如,降落伞或电池板是否卡住或电池板是否由火星引起,灰尘会导致错误等。这些核心问题与能否成功完成任务有关。
中国火星探测器的示意图,图片来源:国家航天局
幸运的是,这些困难是在现场单独演示的,尤其是去年11月模拟火星重力的着陆器功率下降实验向世界展示了中国已做好充分准备登陆火星的准备。
2019年11月,中国的火星侦察任务降落在避障测试上。
来源/北京日报客户,《科普中国》,@新华视点
封面图片/郭文斌,黄文强
全国妇女网络信息中心编辑/张珊珊