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天问一号探测器成功着陆于火星,人类为什么要探索火星?

新华社消息,5月15日,我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆,在火星上首次留下中国印迹,迈出了我国星际探测征程的重要一步。到目前为止,人类火星探测任务成功率仅50%左右。天问一号从进入火星大气到着陆成功,大约经历9分钟,很多人用“恐怖”形容这个阶段。整个过程全自主、不可逆,过程极其复杂!我们的“天问一号”成功经受住了每一个挑战,最终实现了着陆火星任务的圆满成功!

天问一号探测器成功着陆于火星

针对此次火星探测任务中的相关情况,相关专家昨天回答了记者提问。

一问:火星上有多少探测器成功降落?

在人类尝试着陆火星过程中,一共有9个探测器成功着陆,成功率不到50%,分别是:

2021年着陆的美国“毅力号”;

2018年着陆的美国“洞察号”

2011年着陆的美国“好奇号”;

2007年着陆的美国“凤凰号”;

2003年着陆的美国“勇气号”和“机遇号”;

1996年着陆的美国“火星探路者”;

1976年着陆的美国“海盗一号”和“海盗二号”。

二问:“天问一号”如何降落火星表面?

天问一号通过气动、伞降、反推及缓冲机构进行减速着陆,降落火星流程如下:调姿、离开绕火轨道——切入火星大气层(4.9公里/秒)——利用火星大气进行气动减速——11公里高度开始伞降减速——1.5公里高度开始反推发动机减速——100米悬停避障,寻找合适着陆地点——着陆,通过着陆腿缓冲机构缓冲着陆动能。

“天问一号”如何降落火星表面?

三问:“天问一号”着陆火星是否危险?

在着陆期间,通讯信号以光速传到地球至少要十几分钟,而着陆过程只有大约9分钟,且过程十分惊险。在这段时间,着陆器只能靠自己。因此登陆火星的过程又被描述为“恐怖9分钟”。火星拥有大气,因此着陆器可以像在地球一样,使用空气阻力和降落伞结合的方式来减速。但火星大气十分稀薄,平均密度不足地球的1%。降落伞所能减到的最终速度依然很大,必须通过主动的动力制动减速,经过气动减速段、降落伞减速段、动力减速段和着陆缓冲段后,才能安全降落到火星表面。稍有不慎,闯入大气层产生的热量就可能超过隔热层的极限,着陆器会烧毁。由于火星和地球之间的漫长距离导致几十分钟通信时延,地面控制系统不可能控制着陆过程,而必须让着陆器全自主完成这 “黑色9分钟”旅程。

安全着陆后,火星车“祝融”与着陆架分离,独自开始自己的火星漫步,对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等进行科学探测。计划开展约90个火星日的巡视探测工作。

四问:“天问一号”为何要环绕火星飞行3个月才降落?

“天问一号”是中国首次火星探测任务,也是个高度复杂的任务,将一次性实现火星环绕、着陆和巡视三大工程目标,以及通过 13 台科学仪器对火星进行全方位科研,任务整体难度巨大。而着陆火星也是此次任务中的难点和重点。“ 天问一号 ” 火星探测器于 2020 年 7 月 23 日成功发射入轨,今年 2 月 10 日成功被火星捕获,顺利进入环火轨道。2 月 24 日,“ 天问一号 ” 在成功实施第三次近火制动后,进入近火点 280 千米、远火点 5.9 万千米、周期 2 个火星日的火星停泊轨道。

此前中国对火星的详细了解有限,目标着陆区域的最新地形地貌和气象条件等也可能相对科研成果有一定出入,着陆器 / 巡视器组合体也必须依赖稳定运行的环绕器才能成功。因而,入轨火星后必须采取分步走的策略。

在 3 个月的停泊轨道驻留阶段,环绕器的 7 台载荷全部开机进行科学探测,实现地球和火星之间的稳定通信,为未来着陆火星的巡视器提供信号中继服务。每隔两天时间,它抵达一次近火点,距离火星仅 280 千米左右,载荷中的中分辨率相机、高分辨率相机、光谱仪等会对乌托邦平原南部等低纬度预选着陆区域的地形地貌、沙尘天气等进行详查,评估火星环境和着陆时机可行性,并选择合适的位置降落。在经过 3 个月左右的详细勘察后,环绕器将进行一定轨道调整并与着陆器 / 巡视器组合体择机分离,后者开始独立的约 9分钟火星着陆过程。

五问:天问一号距离地球那么远,如何实现信号传输?

当地面接收到火星车火表巡视后第一帧探测数据时,标志着整个火星探测工程任务的圆满成功。如此远距离的火星探测数据正是由环绕器测控数传分系统的器地、器火通道负责传输的。

面对从未有过的最远4亿公里外的器间中继通信,在无法观察到遥测的情况下如何保障通信的高可靠、高数据率成为了测控数传团队设计的难题。经过长期分析论证,采用了器间高灵敏度接收、多码速率自适应切换、高可靠的双工握手协议以及UHF/X中继多模式配合等先进通信技术,实现了环绕器和巡视器、火星车之间的前向、返向通信,成功解决了4亿公里外两器之间的高可靠数据传输,为整个火星车的探测任务提供了全过程的前、返向通道保障。近火弧段,每圈大概十分钟左右有效通信,每一圈传回来的火星车探测数据对于国内都是第一手的珍贵科学数据,针对这宝贵的十分钟,如何高效率地利用信道传输更多的火星探测数据成为了系统设计的重点。飞行过程中随着两器距离的变化,信道之间的自由空间衰减不断的变化,设计团队采用了码速率自适应切换技术,器间通信中接收方根据接收信道状态自动进行信噪比估计,依据信噪比估计结果确定通信码速率,之后再通过通信协议设置发送方的工作参数,从而实现了收发双方的码速率自适应切换,实现了高效率通信。

天问一号距离地球那么远,如何实现信号传输?

六问:“天问一号”登陆火星后要干啥?

这一次,天问一号火星探测任务主要包括:

研究火星形貌与地质构造特征;

研究火星表面土壤特征与水冰分布;

研究火星表面物质组成;

研究火星大气电离层及表面气候与环境特征;

研究火星物理场与内部结构。

人类为什么要探索火星?

首先要归结于人类对未知事物的好奇心,这种好奇心是人类进步的阶梯。人类探测器对火星进行探测的历史,也几乎贯穿整个人类整个航天史。

人类为什么要探索火星?

我们赖以生存的家园,由于废气大量排放导致环境污染越来越严重,树木的数量也在呈下降趋势、各种资源都在慢慢枯竭,我们的地球正在慢慢“老去”,走向崩溃。也许最终有一天地球将不再适合人类居住。那时的我们又将何去何从?放眼整个宇宙,火星一直被科学家们密切关注着,移民火星已经不是一个口号,而是科学家们正在付诸行动去实现的目标。世界各国对火星计划充满期待与向往,都在不断的研究探索。

而自从人类发现了这位亲切的邻居以来,火星一直是神秘和令人敬畏的。虽然它是太阳系中第二小的行星,但人类已经投入了大量的财力与人力,为的就是有一天能到达这颗红色星球。

因为我们生活的地球正面临着许多威胁,从加速的人为气候变化到潜在的核战争,许多人怀疑美国总统的化石燃料和事后议程意味着地球上的生命可能不会生存更长的时间水星一样。由于大家对火星的政治兴趣增加,在太阳系里的其他七颗行星中,火星是最接近地球的。有个名为“维纳斯”的行星,表面太热了。

其实火星比地球小,它的核心早已冻结,不能对流,反过来又导致其磁场消失。结果,火星大气中所含的大部分气体已经被侵蚀,使其过于寒冷和稀薄,而且没有足够的水资源。科学家们也尝试着将农业带到火星,国际马铃薯中心已经设法模拟火星条件下种植一棵马铃薯植物。未来阶段的模拟计划将更加贴近红色星球的表面,研究人员希望找到正确的植物,大大提高火星中的氧气,并为居住者提供生计。

如今人类正在逐渐掀开火星的神秘面纱。尽管困难重重,但一点也没有影响到人类探索的脚步。相信随着时间的推移,科技逐渐进步。100年后,人类移民火星将不再是幻想,老康也相信,那时会有更多的新事物出现。一旦这项计划成功那就标志着人类真正有能力长期生活在另一个星球。我们将开启多星球殖民时代。

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