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    我國預計在2020年左右發射一顆火星探測衛星
    來源:???? 作者: ???? 2016-10-08 11:39???????

    曾在珠海航展展出的火星車模型。

    人民視覺

    不久前,在首個“中國航天日”新聞發布會上,國家航天局局長許達哲透露,火星探測任務已經批準立項,我國預計在“十三五”規劃的末年,即2020年左右發射一顆火星探測衛星。中國的火星計劃終于來了!

    我國火星探測任務要一次實現環繞、著陸、巡視,這種形式在國外從沒有過

    我國的火星探測發射目標是想一步環繞、著陸、巡視,這個任務具有相當大的難度。因為火星探測要26個月才能遇到一個時間窗口,所以專家們正在嚴密地制定工程計劃,爭取在2020年這個窗口發射我國第一個火星探測器。據許達哲介紹,盡管我國的飛行器已經進入了深空,但是完成火星探測任務仍不可或缺,探測火星意味著中國從真正意義上邁入深空探測時代。

    中國火星探測工程有望一次性完成繞、落、巡三項任務。中國航天科技集團五院火星項目顧問葉培建院士表示,“與印度‘曼加里安’號探測器只是繞火星赤道軌道飛行不同,我國首個火星探測器將繞火星進行大橢圓軌道飛行,對火星進行全球觀測,并由進入器載著巡視器著陸火星,巡視器會在火星上‘走起來’。”

    “每隔兩年或三年,才有一次火星距離地球最近的機會,在這個時間點上發射火星探測器,對運載火箭來說是最省能量的。考慮到火星探測器的質量,將由我國長征五號運載火箭來完成發射任務。”中國航天科技集團一院宇航部副部長馬志濱介紹說。

    我國的火星探測任務要一次實現環繞、著陸、巡視,這種形式在國外是從沒有過的,國外曾擬一次實現環繞和著陸,但著陸失敗了。

    火星探測涉及的技術領域非常多,特別之處還在于,雖然火星車是一個空間探測器,但與一般空間探測器相比,它又具有鮮明的特點。

    首先,任務對火星探測器的自主能力要求非常高。考慮到在火星表面進行巡視探測的實際條件和要克服時延等限制,要求火星車具備較強的環境感知與識別、路徑規劃等能力,以及具備較強的任務分析、規劃和實現能力。也就是說,火星探測器要具備確定行駛路線、發現障礙危險的能力。

    為了實現巡視探測,火星探測器還要具備較高的環境適應性。除了需要面對普通航天器遇到的真空、低溫、輻射等問題,也需要適應火星表面的地形地貌、塵暴、低重力、高低溫、低氣壓等特殊環境,還需要解決遠距離通訊,以及長時間日凌時期的探測器自主管理等一系列問題。

    人類希望有朝一日在火星建立居住基地,最終向火星移民

    中國航天科技集團五院研究員龐之浩說,人類之所以對火星探測如此青睞,是因為探測火星具有重要的科學、技術等多方面意義,甚至關系到人類的未來。目前火星已成為除地球以外人類研究程度最高的行星,人類利用空間探測器進行火星探測的歷史幾乎貫穿整個人類航天史。

    通過長期的天文觀測和空間探測,科學家已經確定,火星是與地球最為相似且距離最近的行星,探究火星生命的起源和演化,可以促進對地球生命起源和演化的研究。

    火星的自轉速度與地球幾乎相等,自轉一周為24.6小時,公轉周期為687天;火星上有稀薄的大氣,有四季交替的氣候變化;火星地貌同地球地貌差不多,有高原、平原和環形山;特別是火星大氣層中也存在臭氧層,可以吸收太陽光中的紫外線,為火星表面創造有利生物生長發育的條件。因此,人類希望有朝一日在火星建立居住基地,最終向火星移民,把它變成人類的第二家園。

    大量跡象還表明,火星以前很可能與目前的地球一樣,只是經過幾十億年的演化才變成大氣層稀薄、溫度較低、水源枯竭等樣子。不少天文學家推斷,火星是地球的未來。因此,探測或載人登陸火星進行研究,可以為防止地球變成人類難以生存的第二個火星提出預案。

    截至2016年6月,全球共進行了114次月球探測,43次火星探測。不過,從20世紀90年代至今,人類共進行了18次火星探測,而月球探測只進行了14次。目前有5個火星軌道器和2輛火星漫游車在工作,但只有1個月球軌道器和1個月球著陸器在工作。世界航天大國都制定了以火星系統為目標的探測計劃,由此可見,當今的火星探測比月球探測還熱。

    在火星探測方面,美國獨占鰲頭。從20世紀90年代起,美國開始實施“火星生命計劃”,以確定火星上是否存在生命;2001年美國發射了“火星奧德賽”,該探測器首次發現火星上有大量水冰;2003年,美國先后發射了第二代火星車——“勇氣號”和“機遇號”,它們再次證實火星上有水;2013年美國發射的“火星大氣與揮發物演變”是世界首個研究火星上層大氣的探測器。

    俄羅斯與歐洲航天局合作研制的“火星生物學—2016”在今年3月14日發射成功,用于探測火星大氣中的甲烷含量和驗證火星著陸技術;2020年,俄羅斯還將與歐洲航天局合作執行“火星生物學—2020”任務。

    2013年11月5日,印度發射了第一個火星探測器——“曼加里安”,成為亞洲第一個成功探測火星的國家。由于印度運載火箭推力較小,所以“曼加里安”不能靠火箭推力直接進入地火轉移軌道,而是先繞地球20多天,靠探測器自身的發動機多次點火加速才能逐漸達到第二宇宙速度。“曼加里安”用于研究火星表面、大氣和礦物特征,探尋火星上是否有甲烷和生命跡象。

    這次任務最難的地方,就是探測器進入火星大氣后氣動外形和降落傘減速只有一次機會

    據中國航天科技集團公司五院總體部的火星探測器總設計師孫澤洲介紹,火星探測任務面臨著許多技術挑戰。

    首先是火星大氣問題。火星大氣氣壓很低,只有地球表面大氣壓力的1%,具有很高的不確定性。有關它的變化和風暴時特性等因素,科學家們還沒有透徹的認識。火星在夏季常形成類似地球沙塵天氣的塵暴,這會導致火星車接收的太陽光能量急劇下降,必須為火星車設計“休眠”模式,讓其耐心地等待塵暴過去。

    其次是光照問題。火星距離地球最遠4億公里,距離太陽更遠。同樣面積下,火星接收太陽光的能量只有月球表面的40%。同時,火星大氣對太陽光照還有削減作用,這為火星探測的能源供給帶來難題。這就要求探測器的太陽翼面積更大,而且需不斷調整,努力對準太陽方向。還有,火星表面重力只有地球的38%,但是比月球表面的重力大多了,因此探測器需要更大的功率。

    “這次火星探測任務最核心、最難的地方,就是探測器進入火星大氣后氣動外形和降落傘減速的過程,只有一次機會,必須確保成功。”孫澤洲說,由于地球與火星距離遙遠,整個過程無法由地面實時控制,所以必須依靠探測器自主完成。由于沒有那么多的推進劑來抵消那么高的速度,所以登陸火星時,減速要依靠火星大氣的作用,然而火星大氣難以在地面模擬。這些問題都給設計師們帶來極大的技術挑戰。

    龐之浩說,總體來講,探測火星的方式與探測月球的方式相似,也是“繞、落、巡、回”, 最終實現載人登陸火星的目標。由于火星距離地球比月球距離地球要遠得多,所以探測火星需要攻克一系列更復雜的技術難關。目前還沒有一個國家或組織通過一次發射就成功完成“繞、落”兩項火星探測任務的先例,而我國將在2020年通過一次發射完成“繞、落、巡”三項火星探測任務,這將是史無前例的巨大技術挑戰。

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