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火星,中国来了!2020年发射首个探测器

摘要:除了探测火星的飞行时间将会很长,吴季介绍,飞行过程中,轨道要不断修正,探测器完全暴露在太阳风环境里,太阳有大爆发时,对探测器会有影响。此外,火星引力场是地球1/3,月球引力场是地球1/6。

中国人探索火星的计划正式立项了。根据这项计划,中国将在2020年中左右发射一颗火星探测卫星,并打算一步实现环绕火星的探测和着陆的巡视。这意味着,若成功实现,中国将在第一次火星任务中就实现进入火星大气、释放探测器和巡视火星的任务,这与美国、欧洲和印度的火星探测历程都不同。

4月24日是第一个“中国航天日”。工信部副部长、国家国防科技工业局局长、国家航天局局长许达哲昨日出席国新办发布会时正式宣布,今年1月中国火星探测任务正式批准立项。

“这对我们是一个挑战”,许达哲说,现在能够在火星上着陆巡视成功的有美国,着陆的有俄罗斯,我们要能够一步到位,应该说是一个很大跨越。

据了解,目前中国航天局正严密制定工程计划,争取在2020年这个窗口发射探测和着陆巡视的火星探测器。许达哲表示,火星探测将是中国在真正意义上迈入深空探测,尽管目前中国的飞行器已进入深空,但在深空探测还要火星探测任务的完成和实现。

1 任务立项意味着什么?

中科院国家空间科学中心主任吴季接受南都记者采访时解释,与探月可以随时去不同,火星探测约每26个月为一个窗口期,也就是说每26个月只有一次探测火星最佳时机。现在正式立项火星探测任务,其实就是要赶在下下个窗口期实现中国的火星探测任务,时间大约是在2020年5月左右。

“我们实际上从两年多前就开始技术方案的论证了”,吴季说,国家批准立项的这个节点,意味着国家决定对这个探测项目进行投资,也可以说是前面的论证工作将能进入真正实施阶段。

  2 首次探测要完成什么任务?

许达哲在发布会上明确表示,中国首次火星探测将打算“一步实现绕火的探测和着陆的巡视”。

中国航天科技集团五院火星探测器总设计师孙泽洲说,中国火星探测的科学目标虽然还没有最终确定,但基本上围绕这几个方面:通过光学遥感探测火星形貌,看看火星表面长什么样;通过光谱等探测火星土壤元素、矿物成分及岩石类型;探测火星空间环境,包括火星大气;探测火星土壤结构及水冰,火星表面甚至地下浅层是否有水。

 3 “拜访”火星走什么路线?

据《中国航天报》报道,为节省能量,截至目前,各国火星探测器都采用初始速度最小的飞行路线,并将其称为最佳轨道。理论上说,最佳轨道只有一条,即外切于地球公转轨道、内切于火星公转轨道的“双切式椭圆轨道”,又称为“霍曼轨道”。这种传统方法,是计算出火星在某个时间点将到达什么位置,然后用运载火箭将探测器在同一时刻送达那里,促成两者交会。霍曼轨道虽可节省运载火箭燃料消耗,却因速度偏小而使得飞行时间较长。

吴季表示,人类发射探测器到火星的单程要6-10个月,快的话也要6-7个月。

据了解,用这种方法发射的探测器,因在到达目的地时仍以相对较快的速度前进,难以被火星引力捕获而进入环绕后者的轨道运行,故而它在飞抵火星时需制动减速。

  4 谁来发射火星探测器?

据新华社报道称,考虑到火星探测器的质量,这个距离将由我国长征五号运载火箭来发射完成。

中国正在研制的新一代运载火箭———“长征五号”是大型两级低温液体捆绑式运载火箭,也是中国目前研制的规模和技术跨度最大的太空交通工具,完全采用无毒无污染的推进剂,火箭起飞质量约869吨,具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力。预计今年下半年“长征五号”就要在海南文昌新建发射场实现首飞。

 5 火星探测器可能长啥样?

据中国工程院院士叶培建接受采访时表示,中国的火星进入器、探测器的大小和结构,与先前登月的嫦娥探测器和玉兔号月球车有相似之处,目前包括通信、着陆及应付火星极端环境的各项技术都在准备中。

据新华社报道,去年11月的第17届中国国际工业博览会上,中国航天科技集团公司展示了我国火星探测器模型。整体为金黄色,包括“着陆器”“环绕器”和用于地球与火星之间的远距离通信的白色高增益天线。

目前我国已发射的卫星都由地面来控制,而火星探测器因距离远,信号往返于地球和火星间的时延太长,大多数情况下,探测器自主控制,独立完成帆板展开、对日定向、制动捕获、器器分离和故障诊断等功能。

 6 火星那么大,去哪儿好呢?

曾担任探月工程二期探测器总设计师的孙泽洲说,由于中国火星车将使用太阳能供电,从光照角度考虑,最理想的登陆地是火星赤道附近,但火星赤道附近地形复杂。另外,由于登陆火星99%以上的减速是靠大气,因此着陆点海拔越低减速时间越长,登陆越安全。

“综合考虑地形复杂度、高程、光照条件、温度等因素,火星比较适合着陆点在北纬5-30度的区域。”孙泽洲说。

他说,当初在确定嫦娥三号登月落点时,专家们先画了一个100×300公里的大区域,在探测器要着陆后,又预计了一个落点,最后的着陆点与预计的落点只偏差几百米。“火星着陆点的确定也类似。由于火星大气模型误差很大,所以在火星登陆的偏差可能会比登月大。”

  7 火星探测与探月技术有何不同?

除了探测火星的飞行时间将会很长,吴季介绍,飞行过程中,轨道要不断修正,探测器完全暴露在太阳风环境里,太阳有大爆发时,对探测器会有影响。此外,因距离远,无线电一个来回传输可能要40分钟左右。实现如此远距离的有效通信,需克服巨大的信号衰减、传输时延和外界干扰等因素。

距离遥远的另一个后果是火星光照强度小,火星大气对阳光还有削减作用,所以火星车的能源供给比月球车更为困难。

此外,火星引力场是地球1/3,月球引力场是地球1/6。“相比探月,探测器‘落火’速度要更快”,吴季说,火星还有稀薄的大气,“落火”过程中会摩擦生热,探月不用考虑这方面影响。

  8 2020年前科学家要做什么?

“时间上还是很紧张的”,吴季介绍,具体课题的攻关都在前期论证阶段开展了,从现在往后主要是设备研制,研制过程要多次试验。研制设备又可分为两个阶段,前期的工程试验件要做很多超量的试验,然后根据问题不断修改设计。这个过程需要1-2年,甚至更长。之后还要生产一套正样飞行件,进行验收试验,这个过程也得花1-2年左右。“必须按照研制流程来走,解决问题的过程是不能节省跳过的”。吴季说。

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