全網刷屏的火箭,你瞭解多少?

就在昨天中午,天問一號成功發射,預計將在 7 個月後到達火星。

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寓意探求科學真理征途漫漫,追求科技創新永無止境。

天問一號屬於此次中國行星探測任務當中的首個任務,首先探測火星,但是可以預見,在接下來的“天問二號”“天問N號”,

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屈原對茫茫宇宙發出的靈魂叩問,如今由我們來應答。

國際火星探測起步於 20 世紀 60 年代,截至目前共實施了 44 次活動[美國21次,蘇聯/俄羅斯19次,日本1次,歐洲空間局(European Space Agency, ESA,以下簡稱歐空局)2次,印度1次]。

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當中,即便算上部分成功的次數,也只有23次,成功率約53%。因此,

要知道,相比於去往 38 萬公里外的月球,火星可遙遠得多得多。火星和地球都是環繞太陽的行星,這意味着,兩者的距離會不斷變化:

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也就是説,

遠距離,造成的是長延時。從

月球是地球的小跟班,只是繞着地球公轉;但是火星是行星,它繞太陽公轉。

運行規律不同直接導致軌道運行的設計困難。

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比如,在發射窗口上面,理論上每個月我們都有一到兩次的機會進行發射;但是

而今年火星窗口是從 7 月中旬到 8 月中旬,而這也是為什麼這一次美國,阿聯酋,中國都默契地選擇最近來執行火星探測。

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因為現在不去,就得再等兩年了。

到達火星上面的“火星車”需要長期在火星上執行探測等等任務,所以需要大量的能源需要。

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[機遇號火星車]

但是太陽距火距離,相比較太陽距地距離要遠得多,而且受大氣,沙塵暴天氣影響,所以火星上能夠接受到的太陽輻照強度最多隻能到月球表面的 20%,導致火星車的發電功率很低。

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與此同時,火星的平均氣温在 –60 ℃ 左右,最低可達 –125 ℃ 。如此惡劣的環境温度,再加上大氣的對流散熱,對火星車保持温度帶來了嚴重的影響。

火星車需要長期在火星上面執行探測任務的。每天的微信步數可不能隨便晃一晃造假,每一步都是實實在在,且得步步小心。

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由於沒有火星地表的高清地圖,所以如果火星車不夠靈活,耐磨,一旦腳踩到什麼小石頭,很可能不是被卡死,就是被磨破腳,那真是喊破喉嚨也沒有人來救了。

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因此,這也就對火星車的設計提出了更高的要求。

最後,這裏必須要提到的就是降落時候的“恐怖7分鐘”。

這 7 分多鐘,重要到可能直接決定火星任務的生死成敗。

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整個過程分為四個減速段:

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接下來,在

火星具有稀薄大氣,因此着陸需要用降落傘減速,但火星的大氣密度極低,並且需要在超音速[音速: 340m/s]條件下開傘。

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探測器的反推發射機開始工作,在 80 秒將速度減小到 36 米每秒。

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最後還剩下100米,叫懸停避障,也叫着陸緩衝段。

這是為選定着陸點做最後的準備,看看地面有沒有坑或者是大的石頭,這樣可以保證落地不翻車。着陸巡視器則是在火星表面軟着陸,並且釋放火星車,在火星表面進行火星勘測。

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火星車會在火星上停留90個火星日。整個降落過程,要是有那麼1秒的誤差,都難以成功。

這恐怖7分多鐘,想要降落得好,這個降落傘是很重要的。降落傘設計的約束條件與地球返回式衞星和載人航天工程採用的降落傘截然不同,這也帶來了一定的技術困難。

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所以説,

全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩形象地比喻説,探測器進入火星軌道的難度,相當於從巴黎打一個高爾夫球要正好落到東京的某個球洞裏一樣。

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我國“天問一號”能夠成功,真的是一個“靠人不如靠己”的勵志故事。

當時的“螢火一號”,搭載着俄羅斯的福波斯·土壤號(Phobos-Ground)項目一起發射的火箭,準備上天。

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可惜的是,俄羅斯的天頂-2SB(Zenit)火箭在10分鐘內將它們送出地球后,首次變軌成功,但第二次變軌失敗,隨着俄羅斯火箭焚燬,螢火一號也一同消失在大氣裏。

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此次失敗給了中國的探索火星計劃嚴重打擊。但是,今年,經過 9 年的積澱,我們終於重拾勇氣,重新出發!

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作為剛上火星的小白,我們一開始就定下了“繞”“落”“巡”三個目標,計劃在一次任務中完成環繞、着陸和巡視3個目標。

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而此次“天問一號”相當於把多個任務一次性給幹完。

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不過要同時進行多個任務,也就是意味着,要搭載的東西就多了。東西一多,搭載器,也就是火箭,就要更大了。所

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同樣是第一次上火星,前幾天剛成功發射希望號的阿聯酋,他們好像更為佛系。

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他們此次上天,阿聯酋希望號只攜帶3個科學儀器,1個成像儀、2個光譜儀。

簡單來説,希望號只能拍拍照片,測測火星的大氣組成,可以説想要靠希望號進行一些有用實在的科學探索是不太可能。

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而希望號的整個研製過程和阿聯酋本身也好像沒啥關係:因為希望號,主要採用美國技術,最後還是在日本發射,只有製作是在本國製造。

但是

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初生牛犢不怕虎,牛犢需要勇氣,但是更需要實力。誰帶來的勇氣和實力?這背後是多年探月工程的奠基帶來的底氣和實力。

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短短几年間, “嫦娥一號" "嫦娥二號"成功環繞月球, "嫦娥三號"實現軟着陸,讓火星探測有例可循的。

因此,可以説,沒有探月工程的奠基就沒有今天的火星探測。

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新冠病毒的肆虐,埃博拉病毒的在非洲的爆發,才過去一半的2020年,我們卻見證了太多的恐慌 死亡 茫然無措。

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這些事件,讓我們感嘆魔幻現實主義的同時,也深深感到人類個體的渺小與無知。

正是因為渺小,所以更懂得宇宙的寬闊與偉大。

正因為渺小,所以敬畏。

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“上下未形,何由考之?冥昭瞢闇[[méng àn],誰能極之?”天地尚未成形之前,又從哪裏得以產生?明暗不分渾沌一片,誰能探究根本原因?

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帶着屈原對於蒼茫宇宙的發問,我們的天問一號上天來。

或許我們需要數十年來回答,但是我們對宇宙的追問不變。

參考文獻:

1耿言,周繼時,李莎,等. 我國首次火星探測任務[J]. 深空探測學報,2018,5(5):399-405.

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