“天問一号”一直在近火點280公裡,遠火點5.9萬公裡的火星軌道上飛行,并對火星進行詳細的觀察勘測,以便為“祝融”号火星探測器選擇最合适的降落地點,同時還需要避開火星上可能出現的風暴,從某種意義上說,看懂了“天問”和“祝融”,才會明白“中國技術”原來這麼牛X!
俄國太空先驅齊奧爾科夫斯基曾經說過,地球是人類的搖籃,但是人類不可能永遠生活在搖籃裡。意思就是說,人類為了一定會向地球以外的其他星球進行探索和移民,進而不斷擴大人類的生存空間,未來人類文明必将成為一個跨星際的宇宙文明。火星是整個太陽系以内,除了地球以外,自然條件相對最好的一顆大行星,把火星作為探測重點就是為了将來能夠在火星殖民,從而擴大地球文明的影響範圍。
自從1957年蘇聯發射人類曆史上第一顆地球人造衛星至今,人類總共發射過45個火星探測器,其中僅有18個成功完成既定任務,蘇聯在1960~1988年曾經發了近20個火星探測器,卻沒有一個圓滿完成任務,美國和歐空局發射的火星探測器也多有失敗。之所以火星探測的失敗率如此之高,是因為探測火星的難度要遠遠高于探測月球:火星和地球之間的距離随着兩顆星球的不斷自轉而變化,其中地火最近時的距離為5500萬公裡,最遠則大約為4億公裡,而地球到月球的距離僅為38萬公裡。
由于火星距離太遠,因此對于航天探測器的技術要求也遠不是探月器能比的。因為光是一種電磁波,在真空中傳播速度約為30萬公裡/秒,所以探月器和地面控制站之間的通信延遲大概隻有1.2~1.3秒左右,這種情況下,完全可以由地面控制中心對探月器進行遠程遙控,以操作探月器精确着陸在月球表面。但是火星探測器就不行,即使按照5500萬公裡的最近距離計算,也有約183秒的延遲,也就是3分鐘左右。而如果是4億公裡的距離,則延遲時間超過1333.33秒,折合約22.2分鐘,也就是說從火星探測器發射一個電磁信号,地球上的控制中心需要等22分12秒左右才能收到,而地面即使立即恢複一個指令信号,前方的探測器也需要再等22分12秒才能收到,一個來回最短也是44分24秒。在這樣的情況下,已經無法由地面控制中心對探測器進行實時遙控,而完全需要探測器自身具備高度的自動化運行能力,或者說需要一些“智能”以便于自身可以獨立進行飛行控制或者展開科研項目。
同樣,由于火星和地球距離太遠,任何火星探測器的發射都必須極為精确的控制飛行軌迹,中國有一句古語叫“差之毫厘,謬以千裡”用在火星探測上可以說恰如其分。根據國家航天局的數據可知,從地球利用運載火箭向火星發射探測器,在飛向火星的途中,如果在地火軌道轉移時誤差超過1米,在與火星相遇時,探測器的位置偏差可以超過10萬公裡!這個難度實在太高,以至于當前隻有中國、美國、俄羅斯等極少數國家掌握這一技術。而且火星探測不但要能夠确保探測器擺脫地球的引力束縛進入太空,還必須能夠确保探測器擺脫太陽的強大引力,進而飛向更遠的火星,這意味着任何重型運載火箭都必須把探測器加速到11.2公裡/秒的第二宇宙速度以上,才能實現真正的探索火星。因此探索火星所要使用的火箭要遠大于探索月球,目前我國隻有長征五号運載火箭,也就是網友們昵稱的“胖五”才有能力把5噸多重的“天問一号”送上火星。
但是探測火星的運載火箭發射并不是任何時候都可以進行,根據天文觀測和計算可知,地球和火星之間的合适的發射窗口時間平均每26個月出現一次,所以一旦錯過一次發射,就要多等上兩年多的時間。正是由于探測火星的艱難,所以中國本次探索火星是直接采用了三步并一步的辦法,一次性完成繞、落、巡三項任務,和美俄歐那些分布式探測計劃相比,其難度說是“地獄級别”一點也不過分。目前成功着陸火星的探測器總共隻有8個,而這8個探測器全部來自于美國,如果中國的“祝融”成功實現着陸,那麼中國就是繼美國之後,全球第二個實現成功登陸火星的國家。
祝融号登陸火星的難點主要在于,火星的大氣密度隻有地球的大約1%,所有登陸器都必須經得起高溫燒蝕,稀薄的火星大氣還讓火星上輻射極為嚴重,各種電子設備和線纜都必須經得起太陽輻射的考驗,計算機能夠在強輻射情況下工作,通信系統能夠在強電磁幹擾的情況下保持通訊聯絡。而且火星上盡管空氣稀薄,風暴卻很嚴重,根據觀測,火星風暴最大的足以席卷整個火星表面,而且強度足足超過地球上最大的12級台風的6倍!祝融号要經得起火星風暴的考驗,是相當有難度的。
當祝融号被投放後,其穿過火星大氣,落入火星地表總共隻有7分鐘,在這7分鐘裡,祝融号要完成1000多個動作,而且一個都不能錯,否則就有着陸失敗的危險,上文提到過,地球到火星單線聯系的時間延遲是22分12秒,而整個着陸任務7分鐘就結束了,所以祝融号隻能在毫無地球指令的情況下“孤軍奮戰”,确保1000多個動作不犯錯誤,等到地球收到消息時,登陸任務早已經完成。因此着陸火星的7分鐘,也被稱為“黑色7分鐘”。
再過幾天,祝融号就要登陸火星了,如果祝融号能夠成功登陸,這将意味着,中國成為全球第二個同時完成火星“繞、落、巡”三大任務的國家,而且我們隻用了一次就同時完成這麼多任務,這在世界航天史上也是一個創舉,美國也沒敢這麼幹過。最後,祝福祝融号一切順利,中國航天永遠牛X!
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