「天問一號」升空 這些「硬核」知識講給孩子聽

2020-07-26 中國青年網

火星，中國來了！「天問一號」升空，這些「硬核」知識講給孩子聽

火星

中國來了！

7月23日

海南文昌航天發射場

我國首次火星探測任務

「天問一號」探測器

由長徵五號遙四運載火箭發射升空

並成功送入預定軌道

中國由此

邁出了行星探測第一步

為什麼取名叫「天問」？

本次火星探測任務中的「天問」一詞，出自我國浪漫主義詩人屈原所著《楚辭》中的同名長詩《天問》，表達了中華民族對真理追求的堅韌與執著，體現了對自然和宇宙空間探索的文化傳承，寓意探求科學真理徵途漫漫，追求科技創新永無止境。

中國行星探測任務被命名為「天問」系列，首次火星探測任務則被命名為「天問一號」，後續行星任務依次編號。

「天問一號」要問什麼？

中國首次火星探測任務設定了五大科學目標：

>火星形貌與地質構造特徵

>火星表面土壤特徵與水冰分布

>火星表面物質組成

>火星大氣電離層及表面氣候與環境特徵

>火星物理場與內部結構

為去火星，「天問一號」有多拼？

為了揭開火星的神秘面紗，「天問一號」真的拼了！

「天問一號」火星探測器分為環繞器與著陸巡視器兩部分，其中著陸巡視器又由進入艙和火星車組成。它的總重量接近5噸，是目前我國發射的重量最重的深空探測器。其中，火星探測器搭載了13個有效載荷，火星環繞器攜帶7臺科學儀器，火星車將攜帶6臺儀器，將對火星的表面形貌、土壤特性、物質成分、水冰、大氣、電離層、磁場等科學探測，建立起對火星全面而基礎的認識。

它乘坐的長徵五號遙四火箭，更是飛出了我國運載火箭的最快速度——火箭託舉「天問一號」探測器加速到超過11.2千米/秒的速度之後完成分離，這是完全擺脫地球引力的第二宇宙速度。

它將在地火轉移軌道上經歷約7個月的飛行，在地面測控系統的支持下，經過4次中途修正和1次深空機動修正飛行路徑，逐漸飛近火星，在近火點實施制動，被火星捕獲，成為火星的人造衛星。

為什麼要去火星？

從科學研究上考慮，在太陽系八大行星中，火星是最「像」地球的那一個，環境與地球最為相似。兩者幾乎都形成於約45億年前，組成結構也大致相同，有核、幔、殼。火星與地球有著相似的自轉周期，一個火星日大約是24小時39分鐘，而且它還和地球一樣，也有四季更迭。

此外，火星的表面溫度大約在零下133攝氏度到零上27攝氏度之間，擁有高山、平原和峽谷等多種地形，在太陽系類地行星中，與地球最為接近。還有明確證據證明，火星上曾經存在過水。

通過探測火星可獲得豐富的第一手科學數據，對研究太陽系起源及演化、生命起源及演化等重大科學問題具有重要意義。

去火星怎麼「走」？

地球與火星之間的距離不是一成不變，而是處於不斷變化中，最遠時在4億公裡以上，最近時有5500萬公裡，是地球和月亮距離的140倍，想要靠火箭的動力突破這一距離，難度極大。因此，在飛行過程中，考慮到風險、成本等因素，地球太空飛行器到火星的最佳路線為1925年提出的「霍曼軌道」。我們需要藉助地球的公轉速度沿著一條連接地球與火星的橢圓形軌道把飛船「甩」到火星——這個連線就是霍曼軌道。

但是，把飛船「甩」到火星需要合適的時機才能實現，這一過程這樣的時機被稱為「發射窗口」，今年7月下旬至8月上旬是一個難得的時間窗口，這樣的機會每隔26個月才有一次。所以這次發射，就是趕上了這個「窗口期」。

基於現有航天能力，太空飛行器將經歷發射段、地火轉移段、火星捕獲段、火星停泊段、離軌著陸段和科學探測段六個階段，飛行約7個月，最終抵達火星。

去火星，到底有多難？

非常難！

發射任務難。作為我國首次火星探測任務，「天問一號」將通過一次發射任務，實現對火星的「環繞、著陸、巡視」三個目標。這意味著，中國首次火星探測任務，不僅要實現環繞火星的全球遙感探測，還要突破火星進入、下降、著陸、巡視、遠距離測控通信等關鍵技術。如果做成，這將是全世界首次在一次任務中完成三個目標。

信息傳輸難。火星最遠時距離地球4億公裡，是地月距離的1000倍。距離越遠，不僅信號傳輸時間越長，更重要的是信號衰減也越劇烈。遙遠的火星為地球與探測器之間的通訊帶來了更大的挑戰。

精準著陸難。有人曾比喻，讓火星探測器精準著陸，相當於從巴黎擊出一隻高爾夫球落在東京的一個洞裡。目前，人類已對火星實施了40餘次探測任務，其中成功率不到一半——這讓這顆紅色星球至今還保有「探測器墳場」的稱號。

另外，探測器還必須經歷一次成功的「剎車」和「恐怖七分鐘」。

火星探測器從地球飛向火星的過程中，能夠被火星引力所捕獲形成環繞軌道的機會只有一次。此時探測器相對於火星的速度約為4-5千米/秒。就像兩輛高速行駛的汽車，只有前進方向一致、相對速度為零時，才能並駕齊驅。因此，探測器在接近火星後，必須把握住唯一的機會，利用自身攜帶的推進劑點火減速，最終實現被火星的捕獲。

而著陸巡視器在進入、下降與著陸過程中，要在數分鐘內將時速從近2萬千米降低到零。這過程中電磁信號是完全被屏蔽掉的，要完全依靠著陸器的自身本事，因此也被稱為「恐怖7分鐘」。

因此，在火星著陸，可謂「危險重重」。

從地球到火星

這是一次艱辛的跋涉

也是一次充滿奇蹟、充滿發現的徵程

宇宙浩瀚

擁抱廣袤未知的世界

星光燦爛

開啟行星探測大門

火星，中國來了

來源丨素材據新華社、人民日報、央視新聞、中國青年報、中國航天科技集團微信號等

來源：微言教育微信公眾號

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