在今年夏天的火星發射窗口期間,可謂是熱鬧非凡,人類相繼向火星發射了三個探測器,先是阿聯的希望號,再是中國的天問一號,最後是美國的毅力號。預計這三個探測器都會在大約半年後飛抵火星,並對火星開展探測。
之所以都選擇在今年夏天發射火星探測器,是因為在此期間發射最為節約燃料。地球與火星繞太陽公轉的角速度是不一樣的,當火星運行到地球軌道前方時,由於地球的公轉角速度更快,地球將會追上火星。在此期間發射探測器,可以充分利用地球的公轉速度。
具體而言,火星探測器前往火星的運行軌道被稱為霍曼轉移軌道。在該軌道上運行,探測器只要經過兩次加速,就能擺脫地球引力束縛,前往火星。雖然這種方法節省燃料,但也會讓飛行時間變得漫長,大約需要半年才能到達火星。
預計在明年2月份,三個探測器都會進入火星軌道,成為繞著火星運動的衛星。其中希望號是軌道器,不會登陸火星,只有我國的天問一號和美國的毅力號將會在火星表面登陸。
按照計劃,天問一號的軌道器將會繞著火星運動,而著陸器將會在明年5月登陸火星的烏託邦平原。該平原的跨度超過3000公裡,是火星上面積最大的平原,美國宇航局(NASA)的海盜2號曾在44年前登陸過這片區域。
另一方面,NASA的毅力號將會在明年2月18日登陸火星,具體位置是在傑澤羅隕石坑。這裡存在河道交匯一樣的地貌,曾經可能有河流交匯於此,並在隕石坑中形成了湖泊,毅力號將在這裡尋找火星生命的痕跡。
為什麼更晚發射的毅力號要比天問一號提早3個月登陸火星呢?
當然,原因並不是毅力號飛得比天問一號更快,兩個探測器抵達火星軌道的時間都是差不多的。
登陸火星可不是一件容易的事情。火星遠離地球,即便信號以光速傳播,往返地球所需的時間也要數分鐘至數十分鐘。因此,地球上的控制中心不可能給著陸器發射指令,只能完全依靠著陸器的自動登陸系統。
從火星軌道上降落到火星地表,著陸器的速度要從6公裡/秒減速為靜止,這個時間只有7分鐘。這是最為危險的時刻,登陸火星的探測器有一半折戟於此,所以這個時間又被稱為「黑色7分鐘」。
不過,NASA登陸火星的成功率要遠高於世界平均水平。NASA實施過8次探測器登陸火星任務,只失敗了一次,最近成功的一次是在2018年登陸火星的洞察號。憑藉著豐富的經驗,毅力號飛抵火星軌道後,經過適當的調整,NASA很快就能實施第9次登陸火星任務。毅力號的動力由放射性同位素熱電機提供,此前搭載同樣核動力的NASA好奇號已經在火星上運行了8年。
另一方面,我國是第一次實施火星探測任務,而且難度還非常高,就連NASA最初探測火星時都沒有嘗試過。在完全沒有火星探測經驗的情況下,我國將要一次性實現三大任務——繞、落、巡。
為了確保天問一號著陸器能夠成功登陸火星,軌道器需要先對火星表面開展一系列的研究,以最終確定具體的登陸地點。因此,天問一號進入火星軌道之後,不會馬上登陸火星。登陸後,由太陽能提供動力的天問一號火星車,將開展為期至少3個月的探測任務。