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LOLs10竞猜官网:即将启程!“天问一号”要闯的三大关卡都是啥?

编辑:LOLs10竞猜官网 来源:LOLs10竞猜官网 创发布时间:2020-11-11阅读74071次
  

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来源:中国科普博览  去火星到底有多难?  截至阿联酋“期望号”火星探测器升空之前,人类以火星为目标积极开展航天器升空任务46次,其中2次任务的终点站不是火星(“黎明号”小行星探测器与“罗塞塔号”彗星探测器),10次配备了一个以上的探测器(例如轨道器+着陆器、双火星探测器等),在这46次升空中,连地球引力范围都没出的告终案例就有11次,在顺利前往火星的35次任务中,有5次“中道亡殂”,在前往火星的路上失联。长五遥四火箭大发动机氢氧发动机校准试车  所以我们能看见,在深空观测的过程中,探测器发射成功意味着是观测任务的“万里长征第一步”而已,相等于刚出有了新手村。  那么,我们的“天问一号”上路之后要解决哪些艰难?  众所周知,“天问一号”从地球飞抵火星,约必须200余天,将近七个月。

如果到时它能成功被火星捕捉,还意味着是过了第一关,后面还有相当多的挑战在等候着它:还包括转入环火椭圆轨道、两器分离出来、着陆器五谷丰登降落、火星车攀上火星等等,只要任何一环出有了问题,都将造成任务的告终或者部分告终。可以说道,前往火星的漫漫征途,险象环生。  Part。

1  第一关:捕捉!火星慢逃跑我  “天问一号”将作为我国第二个转入的环太阳轨道(第一个是“嫦娥二号”)的深空探测器飞往火星,想让它能安然被火星捕捉,就必须分别解决几个难题:  1、捕捉问题  火星的质量较为小,其引力捕捉范围也较为小,想被火星捕捉,就必须极为准确的轨道才能构建。不过按照此前“北斗”系列卫星高超的升空精度来看(实时移往轨道近地点精度2公里,相等于近地点速度仅有每秒几厘米的差异),这似乎不是问题;  2、通讯问题  火星与地球的距离在5000万公里到4亿公里平均,考虑到被火星捕捉的时候两个星球之间的振幅,似乎,相比“嫦娥”系列任务38万公里的距离而言,是数百倍的差距。

如此深远影响的距离造成探测器天线收到的信号将显得十分黯淡,因此必须地面建构深空观测网络(Deep Space Network, DSN)。  我国的DSN早已可行性竣工,而且证明了其能力:几年前我国利用这套系统追踪飞向地月系的“嫦娥二号”,直到8000万公里的深空,仍然需要与之通讯;如果把标准限制一点,意味着是跟踪航天器的话,2015年,我国研究团队就早已测量到了47亿千米外的“新的地平线号”探测器。同时,随着今年70米口径深空天线在天津启用,以及与欧空局的深度合作,我国深空观测通信的问题似乎也已获得解决问题。

火星探测器飞行中效果图  Part。 2  第二关口:制动器!转入的环火星轨道  “天问一号”被火星捕捉之后,为了需要转入的环火星轨道,必须其需要在近火星点展开制动器,转入一个环绕着火星的椭圆轨道且长期保持运营。  在被火星引力捕捉的30颗探测器中,除去3次卡西尼号任务与7次不转入轨道必要转入火星大气层降落的任务之外,仅有3颗卫星转入环火轨道告终,这其中既有探测器本身的因素,也有人为的因素。

在此阶段的难题主要在于:  1。 指令流经问题。  在转入环火轨道的阶段,地球与火星的通信延后在十几分钟,这就意味著我们无法通过人工即时操作者,不能预先流经指令的办法来掌控探测器。

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不过这个问题对于一个早已升空了数百颗人造卫星的国家而言不是难事,这与日常的升空任务的掌控原理本身就是一样的。只要不再次发生上世纪末美国的“火星气候观测者”探测器因为控制系统使用公制单位,而地面人员流经了英制数据造成其必要转入火星大气烧毁的低级错误,那么这就不是问题。  2。 器件寿命问题。

  我们注意到,之前有两次告终任务是由器件损毁引发的,不过这两次告终的任务都再次发生在上世纪七十年代,随着人类技术的大大提高,这个问题也将在相当大程度上获得解决问题,最少21世纪以来转入火星轨道的探测器,它们都在预计轨道上运营得只想的。  Part。 3  第三关:上升!丧生七分钟  在转入火星轨道之后,“天问一号”必须花上几个月的时间对火星表面展开测绘。

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尽管美国的“火星轨道勘测者”早已提供了亚米级的火星表面图像,但部分区域依然没覆盖面积做到,而且火星变化无常的天气也更容易让火星的地表不存在一定的变化,因此必须我们自己动手提供一手信息。等到我们提供适合的落区图像之后,“天问一号”的着陆器将与轨道器分离出来,转入上升阶段。火星表面崎岖不平(图片来源:NASA)  上升阶段的时长往往在几分钟到数小时平均,美国人讨厌称作“丧生七分钟”,这是由于他们的着陆器大部分跳过了转入环火轨道步骤,必要高速转入火星大气层。

而“天问一号”使用类似于上世纪美国“海盗号”探测器的方案,从火星的大椭圆轨道转入大气层,速度更加较慢一些,在火星大气层中的飞行中时间不会比七分钟宽一些,技术难度比较要较低一些。因此尽管我国重复使用构建“绕落巡”的设置较为保守,不过可玩性依然在可以拒绝接受的范围内。  但这决不意味著登岸火星的任务就如同游戏一般非常简单。

在此前15次火星降落任务中,顺利已完成软着陆任务的有12次,但确实能构建有效地数据传输的仅有8次,且这8位幸运儿都是美国研制的探测器。“天问一号”想超越“美国魔咒”,圆满完成降落任务,重复使用构建“堕、巡”两步,某种程度必须解决几个难题:  1。 自律降落问题。  尽管“嫦娥三号”与“嫦娥四号”早已顺利已完成了地外天体的自动降落任务,但要留意的是,降落月球是全程用于后坐发动机的,影响因素较少;而且地月之间的通讯延时仅有一秒多,一旦在某些过程再次发生问题(例如滑翔避障阶段),人工操纵也能不予挽救。

  而火星的第一宇宙速度比较月球而言较高,无法构建全程动力上升;虽然可以利用火星大气展开气动滑行,相结合降落伞,可以较大量地缩减上升阶段必须的燃料,然而火星大气过分平流层,即便大面积进行降落伞,其末速度还是较小,因此依然必须利用发动机后坐上升;且地火通讯延后低,人工无法介入,此外还有火星将近地面空气的扰动问题等等,因此一切简单的操作者仅靠着陆器自己已完成,这对于自动控制的拒绝毫无疑问上了一层台阶,是下降段任务的仅次于难题之一。  2。

着陆器元器件可靠性问题。  除了必要因为控制系统失灵的问题之外,降落过程中产生的震动,火星独有的环境也将令元器件过热的可能性大大增加。尽管现在航天器件的可靠性都有了质的提高,令其近年来的火星任务成功率大大走高,但涉及问题依然不存在——例如降落伞或者电池板不会会卡死,电池板不会会因为火星扬尘而造成过热等等,这些核心问题牵涉到任务能否顺利完成。

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我国火星探测器示意图  好在这些难题在地面上都一一展开了展示检验,尤其是去年11月的仿真火星重力的着陆器动力上升实验,向全世界展出了我国在登岸火星上的充裕打算。2019年11月,我国火星观测任务着陆器滑翔避障试验 马俊/摄  写出在最后  总的来看,尽管火星任务的失败率较为低,但随着时间的流逝,其成功率也在大大上升。

转入21世纪以来,12次火星观测任务除了1次升空告终,2次降落告终之外,都取得了顺利。尤其是火星轨道器,只要发射成功,就能构建长年运营。  因此笔者有充份的信心指出,“天问一号”将需要成功转入火星轨道,积极开展下一阶段的任务,最后构建降落火星,积极开展视察观测的目标。  我们200天以后妳!

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