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毅力號成功登陸火星

美國?毅力號?探測器成功著陸火星,它為何能比天問壹號後發先至?

2020年7月30日,?毅力號?火星車已經成功完成了所有的發射和入軌步驟,開始向著火星前進。

此前,?毅力號?運載火箭宇宙神5 541型運載火箭(Atlas V 541)頻繁出現問題,發射時間先後推遲到7月20日和7月22日,最後再推遲到7月30日。

美國自己都有點擔心,是不是會趕不上火星發射窗口,因為火星和地球都圍繞太陽旋轉,周期不同,之間的位置和距離不斷變化,而火星探測器壹般都采用霍曼轉移軌道(或譯為郝曼轉移軌道,Hohmann transfer orbit)到達火星,這是壹種變換太空船軌道的方法,它以太陽為其中壹個焦點的橢圓軌道,與低軌道(地球軌道)和高軌道(火星軌道)都相交。

當地球運行到霍曼轉移軌道的近日點,飛行器啟動發射,加速離開低軌道;而當火星運行到霍曼轉移軌道的遠日點,飛行器啟動轉移,加速進入高軌道。這樣火星探測器途中只需兩次引擎推進,相對地節省燃料。

飛行器必須在精確的時間窗口內發射,才能恰好在霍曼轉移軌道的遠日點和火星相遇,被火星引力捕獲。壹旦錯過火星發射窗口,那麽就要等待下壹次機會了。

而在今年的窗口期,阿聯酋的?希望號?率先出發,中國?天問壹號?緊隨其後,美國的?毅力號?則趕上了窗口期尾巴。這是人類航天史上,罕見的三個國家都是開啟火星探測任務。

盡管比?天問壹號?晚發射,但是?毅力號?卻要比?天問壹號?早3個月登陸火星,這究竟是什麽原因呢?

其實和兩者執行的航天任務相關,中國此次將用壹次發射同時完成環繞、著陸、巡視(探索)3 種探測目標。

繞:軌道器環繞火星進行探測;落:著陸器軟著陸於火星表面進行固定位置的地面探測、巡:巡視器(火星車)在火星表面進行不固定位置的巡視探測。

盡管美國進行過22次探測火星任務,其中8次火星登陸任務全部成功,迄今為止,成功登陸火星的探測器有8個:海盜壹號、海盜二號、探路者、機遇號、勇氣號、鳳凰號、好奇號、洞察號,均為美國研制。但是美國從來沒有嘗試單次探測器同時完成環繞、著陸、巡視(探索)3 種探測目標。

此次美國毅力號也是直接進行登陸任務,所以在到達火星軌道之後,擇機進行登陸,而中國?天問壹號?則還要進行環繞探測任務,

天問壹號環繞器(軌道器)在環繞火星探測期間,可以采集海量數據,全方位研究火星的磁場、大氣層、重力場、水、淺層土壤等方面,將提供海量的數據,豐富我們對火星的認知。

中國沒有選擇和歐洲登陸火星的做法,就是在星後立即分離,著陸部分並不進入環繞火星軌道,雖然可以大大降低環繞器的制動變軌壓力,但是因為給著陸留下的選擇窗口太短,最終都著陸失敗。

所以天問壹號的三個部分(著陸器、巡視器、環繞器)將會整體進入環繞火星的大橢圓軌道中,最不追求追求更消耗推進劑的圓形軌道,從而最大限度節省推進劑,這樣,在接下來的2個多月時間裏,環繞器通過自身的7個有效載荷,認真研究火星表面的情況,反復確認著陸地點和最優著陸窗口,從而更好保障登陸器可以更好登陸。此外,環繞器還能起到至關重要的信號中繼作用,服務於降落在火星表面的著陸器和巡視器。這也是為什麽中國?天問壹號?要比?毅力號?晚登陸火星的原因。

此次?毅力號?火星車不僅攜帶了壹輛無人直升機,還攜帶了***計23臺照相機、火星制氧實驗裝置等,所以除了經費燃燒之外,體重也爆表,這臺火星車重1025公斤,3米長,2米7寬,2米2高。可以說是類探測火星歷史上最貴和最復雜的壹輛火星車!

因為太重了,所以它的降落方式也有些特別,被稱為?空中吊車?技術:

壹個防熱罩和降落傘將會減慢?好奇?號的下降速度。隨後它會拋掉防熱罩,接著在1500米的高度上與降落傘分離,留下探測車系在下降級的底部,下降級啟動8臺火箭引擎,載著探測車盤旋下降。接著?空中吊車?登場了:下降級放下系繩,使探測車緩緩向地面降低,同時車輪和車底支架展開,最後車輪安全觸地。?好奇?號切斷與母船之間的系繩,下降級隨後傾斜壹個角度,離開探測車,向數百米外的遠處迅速飛去,直到燃料耗盡墜地。

簡單來說,相當於把壹輛小轎車從迪拜塔精準地扔進了停車位,而且毫發無傷。難度系數可想而知。

因為?天問壹號?沒有這麽重,根據?天問壹號?探測器主體部分配置的著陸腿來看,中國則選擇了更為成熟的?小心謹慎?伸腿式著陸,配有著陸腿的探測器,壹般還帶有反推發動機通俗地講,就是壹邊朝地面噴氣,壹邊小心地探腿落地。這種著陸方式精度最高,可以精確地在預定地點軟著陸,在航天探測器中應用最廣泛,尤其是大型探測器在月球、火星上著陸,需要釋放月球車、火星車,多數都用這樣的方式。

中國火星探測器***有五大科學目標:(1)繪制火星形態和地質結構圖;(2)調查火星表面的土壤特征和水冰分布;(3)分析火星表面的物質組成;(4)測量電離層和火星地表氣候及環境特征;(5)探索火星的物理場(電磁場、引力場)和內部結構。。

而毅力號的難度就比較大,分別是:1、探測火星生命 2、采集火星土壤,為後續帶回任務作準備 3、在火星制備氧氣,為火星載人登陸作準備。

不管怎麽樣,希望今年發射的火星探測器都能夠圓滿完成任務。