定了!下个目标——火星!

2019年07月18日
近日,火星探测又上了热搜。因为有一个重磅新闻称,我国将于2020年发射火星飞船去探测这个红色的神秘星球。
截至目前,人类进行过40多次火星探测,人们对火星的了解仅次于地球,但其实去趟火星一点也不简单。
如果把探测次数比作出镜率,抛开地球,火星绝对是八大行星中最红的一个。
火星为什么如此让科学家着迷?去火星的旅行需要多久?火星飞船要探测啥?让我们来一一解答。
为什么要探索火星?
首先,我们得知道火星到底是个什么样的星球。
火星,我国古代称之为“萤惑”,因为表面分布着大量铁锈(三氧化二铁),所以呈橙红色,叫火星很名副其实了。
火星是一颗沙漠星球,地表布满了沙子和石头,但是亿万年前火星地表有过大片江河湖泊,可能曾经有生命。
水是怎么从火星上消失的?我们能否在火星上找到生命?这些有趣的问题,吸引着全世界的人们,希望通过探测来找寻答案。
另一个原因是火星太像地球了,是一个潜在的移民点。
我们都知道太阳系有八大行星,虽然金星和火星都离地球很近,都是类地行星,同样位于太阳系的宜居带上,有可能存在生命,但只有火星的环境和地球更相似。
时间方面,火星上的“一天”和地球上的一天相近,因为火星的自转周期约24.6小时,而火星上的“一年”就相当于地球的两年了,因为火星公转周期为687天,约地球的2倍。
大气方面,火星也有大气层,虽然大气压只有地球的1/100,但比100多个大气压的金星大气友善多了,尽管火星表面时不时会刮沙尘暴,但至少不会像金星一样,一不开心就天天下浓硫酸雨。
温度方面,因为温室效应,金星表面温度超过400℃,而火星的地表的平均温度为-57℃,夏季时最高温度甚至还比哈尔滨夏天凉快一点(约22℃)。
从地球如何一步步飞到火星?
在2019软件定义卫星高峰论坛上,中国科学院院士欧阳自远介绍,中国明年将要探测火星,人类探测火星已有45次,但成功的只有18次。
为什么去火星那么难,任务容易失败?这要从火星飞船的全部飞行过程来讲起。
飞船从发射到抵达火星一般分为三个阶段:
一是地球环绕阶段。这个阶段飞船在环绕地球飞行,每次在近地点实施点火加速,经过几圈的加速后才能挣脱地球,奔向火星。
第二个阶段被称为奔火段。这个阶段一般需要飞行几个月飞船才能抵达火星附近。
第三个阶段刹车阶段。通过刹车,飞船速度降低进而被火星捕获,环绕火星飞行,开展科学探测任务。
由于地火距离遥远,飞向火星的时间较长(约7个月),对航天测控和飞船部件的要求极高,任何一个环节和部件出现问题都会导致任务失败。所以迄今为止,能登陆火星并成功探测的屈指可数。
为啥每26个月才有一次探测的机会?
火星是地外行星,轨道半径约2.3亿公里,而地球的轨道半径是1.5亿公里,因此,地火距离变化很大,最远时超过4亿公里,最近时约5500万公里,只有在地火距离最近时发射才最经济,最节约时间。
此外,地球和火星绕太阳公转一周的时间并不一样,火星需要约687天,而地球只有365天。由于地球和火星公转周期的差异,地火距离最近的机会平均每26个月才有一次,这就是航天上常说的发射窗口。
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按计划我国将在明年发射火星探测飞船,如果错过了这个窗口期,那只能等到2022年才会有新的发射机会。
都需要啥探测装备?
我国计划明年发射的火星飞船将包括一个火星环绕器和火星着陆器。
环绕器和着陆器上都搭载了探测设备,这些设备也叫有效载荷。飞船就是一个运输工具(平台),而真正进行科学探测的是平台上搭载的有效载荷。
这些载荷大致可分为四类: 成像设备,雷达,场探测和粒子探测。
首要的载荷是成像设备,它是探测器去火星“旅游”时携带的相机,当然这个相机比我们日常用的要高级很多,能满足各类科学需求,比如可以对不同的光谱进行成像。
我国的火星环绕器上配置了两台相机和一台光谱仪,这样就能对火星的地形地貌,以及物质组成有个了解啦。
雷达在行星和月球探测中用得非常多。此次也不例外,火星车和环绕器上都带有雷达,用以研究火星表面的土壤以及内部的构造。
此外,飞船和着陆器上都配置了磁强计、粒子探测仪、火星气象测量仪等设备,用以完成不同的科学探测任务,加深我们对火星的了解。
祝愿我国火星探测计划能顺利实施,解开更多关于火星的科学谜团!
参考文献:
1、火星零距离,郑永春著,浙江教育出版社,2018
2、朱岩等中国首次火星探测工程有效载荷总体设计深空探测学报,2017年12月
本文专家:刘勇,中科院国家空间科学中心研究员,博士生导师,中国科学院“百人计划”学者
本文来源:科普中国公众号
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