天問一號VS毅力號,詳解中美兩國火星任務使用技術!

2020-12-06 52赫茲實驗室

序言

中美阿三國爭霸火星大賽已經陸續開始。

其中兩個已經出發:

一個在7月20日,阿聯「希望號」火星探測器在日本成功發射升空。

另一個在7月23日,中國首次火星探測任務「天問一號」探測器,在海南文昌航天發射場點火升空。

剩下的就是美國"毅力號"火星探測任務,最新的消息它會將於7月30日發射。

對於它們的內容,我發現有很多人在說了。

但是作為科技類的UP主,特別是52赫茲的UP主,我要發出特別的聲音。

我會從科技方面來分析下,中美兩國的火星探測任務裡面會用到哪些技術。

火星任務

首先從它們各自的任務來說吧。

咱們的"天問一號"主要任務是地質勘測。

用雷達"透視"幾千米深的地層,採集巖石土壤等樣本,繪製火星地質結構圖,探測火星磁場,由此解開火星磁場的演變歷史。

簡單來說就是通過一次發射實現火星環繞、著陸並開展火星表面地理探測,收集數據。

為此咱們的探測器搭載了13種科學有效載荷,有效載荷就是任務所使用的設備。通過這些設備,咱們可以對火星形態、地質學、礦物學、空間環境、土壤和水冰分布等進行最全面分析。

而毅力號這邊呢?

它的任務包括尋找可能在火星上存在過的生命跡象、探測火星地質、收集樣本以送回地球,嘗試利用火星大氣製造氧氣等等。

毅力號火星車長3米,還配有19個攝像頭,一個2米長的機械臂和43根試管。

它最重要的儀器是兩臺鐳射雷射器和一臺X射線機器,當射線投射到巖石上時,可以分析巖石的化學成分,識別可能的有機化合物。同時還會首次派出「機智號」火星直升機。

由於火星稀薄的大氣層很難獲得足夠升力,"機智號"火星直升機必須非常輕,旋翼葉片要大得多,旋轉速度也快得多。

所以從探索任務來說,美國的毅力號比咱們的任務更多。

需要注意的是:

"天問一號"是咱們首次火星探測任務,而美國這是第五次派遣火星漫遊車。

動力方面

天問一號使用摺疊式太陽能電池板供電,所以使用壽命、供電功率會有一定的限制。

而且使用了太陽能電池板也就意味著,火星車只能在有陽光照射時才能工作,而背對陽光時只能原地休息。

所以此次「天問一號」的著陸點是火星赤道以北的一處名叫烏託邦衝擊盆地內的平原。

相比於廣泛使用的太陽能電池,毅力號使用的是放射性同位素核電池驅動,用來維持儀器的運轉和在火星寒冷期間冬天保溫。

它可為火星車提供長達14個地球年的能量。

當放射性物質衰變時,能夠釋放出帶電粒子,如果正確利用的話,能夠產生電流。並且核電池在衰變時放出的能量大小、速度均不受外界環境中的溫度、化學反應、壓力、電磁場等的影響。

所以從動力方面來說,美國的毅力號要比咱們的科技先進。

火星登陸

最後是火星登陸方面。

天問一號這次要完成繞、落、巡三個方面的任務,這個難度有多高?

這麼說吧,從來沒有一個國家能夠一次過完成繞落巡。

無論是美國還是俄羅斯,探索火星都是一步步來的。

從1960年蘇聯首次嘗試向火星派遣探測器算起,到2020年這輪發射窗口之前。人類已經發起過45次火星任務,其中有17次是帶著火星著陸的目標,但僅有8次成功,全部由美國完成。

這60年間有幾個關鍵節點:

1964年發射的美國 「水手四號」成功飛掠火星並拍下照片;

1971年發射的美國「水手九號」率先進入火星軌道環繞並拍下海量照片;

1975年發射的美國「海盜一號」成功軟著陸火星;

1996年發射的美國「探路者號」在火星上移動了約100米。

可以說,美國用32年完成了「掠、繞、落、巡」。

由於繞落巡前後環環相扣,任何一環差池都會導致後續任務失敗,由於可見繞落巡任務難度之大。

而咱們這次的火星探測起點很高、難度極大,必須採用許多新技術才行。

據悉,在「天問一號」火星探測器中,就使用了我國獨立自主研發的多項「黑科技」。

例如,火星車使用的熱控材料是新型保溫材料-納米氣凝膠,它很輕,隔熱性能很好。此外,火星車上還採用了鋁蜂窩夾層材料、鋁基碳化矽、複合纖維材料等多種新材料。

這次咱們的火星車重約200公斤,而此前「玉兔號」大約為100多公斤。並且此次火星探測器的設備百分之百為國產化,元器件國產化率也超過百分之九十。

可以說,和此前的探月工程一樣,火星車也是不折不扣的中國製造。

所以從火星登陸這方面來看:

雖然美國有之前多次火星登陸的經驗,但是如果咱們的"天問一號"登陸火星獲得成功,

意味著中國要一步追上國外60年的腳步,

意味著中國將成為繼美國和俄羅斯之後,第三個完成火星著陸的國家,

意味著中國將成為世界上首個首次探索火星即完成軟著陸的國家,

也意味著是繼美國之後第二個完成火星漫遊的國家。

最後

通過此次「天問一號」的火星探測任務,不僅能極大拓展我國對火星的認知,而且可以帶動我國航天和相關高科技技術的快速發展。

並且可以掌握火星的第一手信息,使我國由火星知識的使用國逐步變成火星知識的產生國。

近十多年來,中國太空探索領域精彩紛呈,取得了多項重大成功,"天問一號"是其中最新的一個項目,而且中國未來還有更多雄心勃勃的太空項目。

最後希望「天問一號」一路平安,並最終能安全著陸在火星上。

讓我們一起期待吧!

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