印度首次火星探测都成功了,为什么还说天问一号的挑战极大?

地球与火星的直径加起来不过2万公里,而地球与火星间的距离为5600万-4亿公里,这距离以光速来进行的单程信息传递时间就需要3-22分钟之久。 这样的大小,这样的距离,我们要将火星探…

地球与火星的直径加起来不过2万公里,而地球与火星间的距离为5600万-4亿公里,这距离以光速来进行的单程信息传递时间就需要3-22分钟之久。

这样的大小,这样的距离,我们要将火星探测器发送到火星上,有人说这就好比在巴黎打高尔夫,然后让它恰好落到东京的一个球洞里一样的道理差不多。

当然,这种比方是不现实的,毕竟一杆子打出去的探测器,它在飞行的过程中是可以被不断调整的。

但火星探测的难度,确实也是肉眼可见的,如果我们将火星探测经常取得成功的美国排除在外,单看曾向火星探问过的俄罗斯,欧洲,日本,印度就知道了。

俄罗斯跟日本的火星探测都失败了,而欧洲的火星登陆也失败了,只有印度的成功了,而且还是首次探测就成功的那种。

那为什么印度首次火星探测就取得了成功呢?

印度的首颗火星探测器曼加里安号的成本仅有7300万美元,可以说非常廉价。

因为火箭的运载能力有限,所以廉价的同时也比较轻,这是很正常的,但真正的关键在于它真的实现了在巴黎将高尔夫球打进东京的球洞的难度,这一点确实是令人惊叹的。

不过实际上印度自己或许也知道,单靠自己的实力来打进那个那么遥远,且还那么小的洞是不太现实的,所以他们才需要依靠NASA提供的技术监测来调整探测器在路途中的运行来实现的。

也就是说,印度曼加里安号的成功,很大程度上是跟着NASA的导航走出来的,毕竟现在的美国,玩火星熟练的程度已经不亚于现在的我们玩月球的了,有他的辅助,印度能一次成功,这也就用不着意外了,毕竟曼加里安号也才1.3吨,与我国5吨的天问一号相差了三四倍,他们轻装上阵当然也就更容易一些了。

而于我国呢?像探月一样,此次的火星探测也是独立去干的,可以这么说,火星探测是我国需要将现有的工程技术发挥到极致的一项任务。

从俄罗斯,欧洲,日本火星探测失败的案例中就可以看得出来,我国此次的火星探测的难度会有多超高了。

火星探测的本身需要三大基础,第一是火箭的运载能力需要足够的大,而我国现役最强的长征5号火箭,它的地火轨道转移能力达到了5吨以上的级别,可以说这个基础能力,我们早就具备了。

第二是时间窗口,因为地球与火星运行轨道及速度上的不同,两颗星球接近一次大概就需要780天,而我们需要在地火距离最近的数月前出发,最终让探测器在地火会合期抵达火星,这样做的最大好处就是省时省力省燃料。

而今年的时间窗口就在七月的下旬到八月的上旬,同时借着这个窗口出发的除了我们中国之外,还有阿联酋跟美国。而欧洲空间局与俄罗斯航天局合作研发的火星探测器原定于今年的7月发射,但因疫情及其他技术因素影响,不得不推迟到下一个时间窗口了。

第三是轨道设计,由于燃料动力的限制,目前人类要飞往火星,唯一的方式就只有“霍曼转移”了。

这种转移需要两次加速,第一次加速的目的是摆脱地球进入地火转移轨道,第二次加速是让探测器赶上火星环绕太阳的轨道,然后切入环绕火星的轨道。

这种转移看似简单,但它的根本要求必须精准,因为火星的质量本就只有地球的10.7%,引力范围很小,如果速度控制及轨道切入得不精准,就有可能无法被火星引力捕捉到。

同时在探测器转移的整个过程中还需要考虑到其他天体引力,太阳风以及空间辐射等的影响,比如我国首颗于2011年11月8日搭载俄罗斯的天顶-2SB运载火箭升空的火星探测器“萤火一号”,就因为芯片遭受辐射损坏,导致第二次变轨失败,最终于2012年1月15日坠入太平洋的。

在深空的探测任务中,轨道的设计完全可以说,“失之毫厘,谬以千里”,可见这轨道的设计的难度会有多大了。

对于火星探测来说,单完成探测器从地球轨道到火星轨道的成功转移就已经很有难度了,但是为什么天问一号还执行登陆及巡航的任务呢?

火星探测的整个项目的成本极高,所以一次出动就需要尽量发挥其可以发挥的科研价值。

对火星探测只绕不登陆,目前包括NASA的奥德赛号,侦察轨道器,Maven大气专家,欧洲的火星快车,ExoMars- TGO以及印度的曼加里安号等的6颗火星轨道在工作,假如我们也只是环绕火星,那已经不太可能会取得什么更有价值的探索成果了,所以要让天问一号发挥出更大的价值,那必然也就是要求它登陆火星了。

只要决定登陆,那么难度必然也就不只是像曼加里安号那样只要进入了火星轨道就算成功了的,对于天问一号来说,环绕火星只是它要跨越的第一大难关,而第二大难关就是火星登陆了。

我国虽有月球登陆的经验,但对于火星登陆,这还是有些不一样的,由于距离上的原因导致通讯传送上的延迟,这可不是我们网络稍微卡一下这么简单的。

火星登陆的整个过程大概仅有7分钟,这也就意味着登陆探测器需要极高软硬件的技术水准,这样才可以确保探测器可以自主的完成超过1000多个的登陆动作。

还有的就是月球没有大气,可以不用考虑登陆时所产生的高温,但火星却拥有如地球海平面1%不到的大气,单这点大气就足以让着陆器产生高达2000℃的高温了。

可难点就在于高温虽是产生了,但这么一丁点的大气,却根本无法让着陆器进行有效的减速,这其实也就意味着它需要反冲火箭耗费大量的燃料来进行减速。

在人工无法实时监控的情况下,这才是我们交给天问一号自主来完成的最大挑战。

作者: admin

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