印度首次火星探測都成功了,為什麼還說天問一號的挑戰更大?

2020-11-19 猩猩科學頻道

在今年7月份,有3個火星探測器開啟火星之旅,這3個探測器分別是阿聯的希望號火星探測器、我們的天問一號探測器、NASA的毅力號探測器,其中天問一號和毅力號探測器將會實施軟著陸,將火星車實施火星表面,而希望號則環繞火星運行。到目前這些探測器已經在太空中飛行了近4個月時間,離地球越來越遠,離火星越來越近了。如我們的天問一號的飛行裡程已經達到3億公裡,距離地球預計達到6380萬公裡,從地球發出的信號,需要212秒鐘(即大約需要3分半鐘)才能到達探測器。


最初,在上世紀探索火星的國家以美國和蘇聯為主,但是在進入21世紀前後,越來越多的國家參與到火星的探索中,此前美國、俄羅斯、歐盟、印度都已經成功將探測器送到火星。可能有一些朋友認為,連印度都能夠成功「探火」,是不是意味著探索火星沒什麼難度了?是不是意味著我們的天問一號也沒有什麼挑戰性了?事實上並非如此,我們看看印度的火星探測器情況就知道了。


在2012年8月,印度就提出要發射火星探測器,隨後在2013年11月「曼加裡安」號火星探測器發射升空。從提出要發射首個火星探測器到探測器發射升空,僅僅花了1年多時間。當然,對於現在的這些航天國家來說,造出這樣的一個火星探測器並不是什麼難事,「曼加裡安」號其實就是一顆衛星,只是它的工作環境在火星軌道,而不是在地球附近,最難的是如何讓這一顆衛星飛到火星。畢竟,火星距離地球最近超過5500萬公裡,最遠更是達到4億公裡,並不像一般的近地軌道衛星300左右公裡的高度,將探測器送上火星的難度非常大。

印度的探測器奔火之旅

2013年11月5日,這個重約1.35噸的「曼加裡安」號探測器由極軌衛星運載火箭發射升空,在飛行近45分鐘後,探測器進入環繞地球的橢圓形軌道。這時候,「曼加裡安」號探測器還只是個地球軌道的探測器,離火星還遠著呢。在2013年11月6日至2013年11月16日期間,這個探測器在地球軌道上不斷進行升軌,最後才讓探測器進入更高的軌道。經過320多天的太空飛行,探測器終於在2014年9月24日來到火星附近,進入火星軌道後成為了真正的火星探測器。

飛了320多天,這個時間是不是太漫長了?類似的場景,在2019年印度登月時也曾經出現了。當時印度的月船2號探測器在發射升空以後,也是一直在地球軌道飛行,不斷提升軌道,在地球附近飛了20多天,最後才來到月球附近。印度的探測器之所以需要這樣提升軌道,是因為運載火箭的推力不足,沒法將探測器直接送入地月轉移軌道、地火轉移軌道,探測器只能先環繞地球不斷加速。

從尺寸來看,這個「曼加裡安」號探測器僅相當於一個冰箱的大小,但是印度的火箭推力都沒法直接將其發射到火星轉移軌道。而且,在奔火的路上需要深空測控網絡來維持探測器與地球的通訊,印度是沒有這樣的深空網絡的。有一些說法稱,是NASA的深空網絡為其保駕護航,也就是說,如果沒有NASA的深空網絡,這個探測器最終會飛到哪裡,誰也不知道。最後,在藉助深空網絡的幫助下,探測器在去往火星的路上不斷修正軌道,最後來到火星附近被火星引力捕獲,成為環繞火星飛行的探測器,這就算是成功了。在速度適當、距離適當的情況下,小行星都可能會被火星的引力捕獲,所以發射火星軌道探測器對於航天大國來說並不是什麼難事。以我們的運載火箭實力,之前我們理論上也能夠發射類似尺寸、功能的火星軌道探測器。


天問一號要挑戰「恐怖7分鐘」

在2020年7月23日,天問一號探測器由長徵五號遙四運載火箭發射升空,直接進入軌道,大約飛行7個月就會到達火星。當探測器到達火星後,先環繞火星飛行2-3個月,然後擇機釋放著陸器實現軟著陸。整個奔火之旅,天問一號所需的時間比「曼加裡安」號探測器短得多。而且,我們的探測器不僅是快速進入「奔火」之旅,在奔火路上也是依靠我們自己的深空測控網,如在這段時間西安衛星測控中心喀什深空站已經啟用,直接投入到了天問一號、嫦娥四號的任務中。

「曼加裡安」號探測器只是一個軌道飛行器,到達火星就算是成功了,而天問一號探測器由軌道飛行器、著陸器和一輛火星車組成,總質量達到5噸,將一次完成環繞火星、著陸火星、巡視火星三大步。從尺寸、任務來看,這兩個探測器的差別就顯得非常大。我們的探測器在進入火星軌道以後,先完成第一步「環繞火星」,在接下來我們的探測器還會釋放著陸器將火星上升火星的表面,這是目前為止人類探索火星最難的一步。

當探測器釋放著陸器準備將火星車送上火星表面時,著陸器的飛行速度可以達到2萬公裡每小時左右,著陸器需要在極短的時間內將極快的速度下降至0,整個過程大約持續7分鐘。由於火星與地球的距離比較遠,通訊延遲比較長,所以地面沒法對著陸器實時測控,完全依靠著陸器自主實現軟著陸。這是天問一號即將面臨的一個挑戰,也是NASA毅力號探測器要面臨的挑戰。而不管是阿聯的希望號,還是印度的「曼加裡安」號探測器,它們都不會有這樣的經歷,畢竟這兩個軌道探測器只要去到火星,進入火星軌道就算成功了。

總結:不管是從尺寸,還是任務,「曼加裡安」號探測器都是比較簡單的,目前主流的航天大國理論上可能都具有發射這樣的探測器的能力,不能因為這個探測器起飛時間比我們早,就認為比我們更先進。阿聯希望號探測器不也比我們的天問一號發射早了幾天嗎?難道說希望號就比天問一號更先進嗎?或者說阿聯的航天實力比我們更強?顯然不是的。

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  • 印度首次火星探測都成功了,為什麼還說天問一號的挑戰極大?
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  • 印度首次探索火星就成功了,為何還說「天問一號」面臨極大挑戰?
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