據媒體報導,我國計劃在海南文昌航天發射場,發射火星探測器天問一號,此次發射我國的野心很大,想要一次性實現火星環繞,著陸以及巡視,在國際上還沒有先例。而這三個目標的難度之高,也超過了任何以往的火星探測器發射。
此次我國的火星探測器名叫「天問一號」,來源於我國偉大詩人屈原的楚辭《天問》,寓意是探求科學真理徵途漫漫,追求科技不斷創新永無止境。此次的圖形表示以「九天攬月」為標識。標識中太陽系8大行星依次排列。
其實,不光只有我國的火星探測器天問一號進行發射,阿聯以及美國也在今年發射火星探測器,而且阿聯已經發射了。
之所以今年各國扎堆探測火星,是因為今年7-8月屬於發射火星探測器的窗口期。火星與地球的距離並不是一成不變的,在距離最遠的時候火星與地球的距離大約是4億多公裡;而在距離較近時,只有5500萬公裡。今年10月火星距離地球的距離最近,儘管此時探測火星耗費的時間以及路程就較小,但人們還是選擇7月發射火星探測器,因為此時發射所需要的燃料最少。如果錯過了今年,需要26個月才能再次迎來火星發射的窗口期。
由於火星距離地球非常遠,所以需要等到來年2月份天問一號才能抵達火星,然後執行第一階段的任務:火星環繞。
火星環繞就是天問一號圍繞著火星公轉,就像是火星的人造衛星一樣。這其實對天問一號的技術要求特別高。
我們知道,天問一號在抵達火星時,速度非常高,而想要圍繞火星環繞,需要在飛到火星附近時,調整自己的速度,以便讓自己被火星引力捕捉。
調整速度這件事情在我們看來不難,但實際上探測器上沒有人類操作,不能根據人類對周圍情況的判斷而調速,只能依靠人工智慧。這是因為火星距離地球非常遠,而人類控制探測器主要運用的是電磁力,而電磁力傳播速度是有上限的,想要從火星將信號傳輸到地球上,至少需要22.3分鐘才能傳輸給地球(距離較近時),而人類發出指令傳輸給天問一號,又需要22.3分鐘才能傳輸給天問一號。
由於信號的延遲,使得人類無法直接操作天問一號,只能依靠天問一號系統中的內置計算機計算,以及人類提前計算好的數據來操作,難度非常大。
火星著陸的過程只有7分鐘,在航天史上又被稱為「恐怖7分鐘」,火星探測器的失敗率最高的環節就是這一步了,人類歷史上一共發射了40多顆探測器,但只有8顆成功登陸並工作。
火星著陸的失敗率之所以這麼高,是因為火星表面有大氣層,但是大氣層只有地球的1/10。地球的大氣層較為濃密,所以當返回艙降落到地球表面時,使用隔熱罩並且用降落傘就可以將返回艙安全著陸。
但是火星不同,由於火星上有大氣層,所以在進入火星大氣層時會產生高溫,需要用隔熱罩進行隔熱,而隔熱罩有重量,會增加探測器的下落速度。然而火星的大氣密度不高,所以空氣阻力也不大,僅憑降落傘無法將探測器速度降下來,需要用到其他輔助設備,而這些設備也只能依靠人工智慧,因為信號的延遲使得人們根本沒辦法直接控制。
從這裡你也看出來了,信號的延遲是阻礙人類探測火星的一大阻力,這也是為什麼NASA計劃在未來幾年要開展載人登陸火星的原因,就是為了人類能實時操作。
探測器在著陸時,要考慮到自己的著陸地點,這是因為探測器主要依靠太陽能產生能量,如果降落地點過於複雜,無法接收到太陽能,那麼探測器將會因失去能量而罷工。除此之外,過於複雜的地形不利於探測器探測。
火星探測器抵達火星表面後,就會開始探測火星表面的信息,比如:土壤成分,大氣成分,水,生物信息以及其他的信息等。此時火星探測器需要把信號傳輸給地球,但它們不是直接將信號傳遞給地球,而是在火星上方會有一個環繞器,由它來接受火星探測器的信號,並發射給地球。
在火星探測領域,我國屬於後來者,但這並不意味著我國在探索火星領域上的技術是落後的,反而是我國具有後發優勢,在探測火星時,可以使用最新科學成果用於探測火星。
我國此次火星探測任務集:環繞、著陸、探測於一身,在人類歷史上從來沒有國家敢這樣做過,如果我國火星探測計劃能夠成功,這意味著人類在探索火星上又向前走了一大步。