美國“毅力號”率先成功登陸:恐怖7分鐘、成功率僅40%

阿聯酋、中國、美國的火星探測器先後到達火星,美國航空航天局(NASA)的毅力號火星車在北京時間2月19日凌晨4點55分降落在火星表面。

去年,人類先後向火星發射了三個探測器:阿聯酋的“希望號”(2020年7月20日由日本火箭發射),中國的“天問一號”(2020年7月23日發射),美國的“毅力號”(2020年7月30日發射)。其中,阿聯酋的“希望號”於2021年2月9日開始環火,執行環繞探測任務;中國的“天問一號”探測器於2021年2月10日進入環火軌道,美國的“毅力號”執行着陸巡視探測任務。

北京時間2月19日凌晨4點55分,美國“毅力號”火星車成功登陸火星,成為美國國家航空航天局(NASA)第5個成功登陸的火星車。

美國“毅力號”率先成功登陸:恐怖7分鐘、成功率僅40%
作為在2020年火星探測窗口發射的3台探測器之一,毅力號於去年7月30日在美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發射升空。這輛大小和質量和小汽車相近,耗費十幾萬倍於小汽車的火星車,是人類歷史上第二個核動力火星探測器。經過超過半年的飛行,毅力號成功着陸火星。由於美國已經擁有成熟的火星數據鏈,可以無需變軌直接着陸火星。

由於火星大氣稀薄,而且地火距離遙遠,探測器必須自主完成減速降落,難度極大,毅力號就將經歷“恐怖7分鐘”,NASA預測安全着陸的概率僅有40%。

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毅力號將採用名為“空中吊車”(Skycrane)的技術降落火星,此前它曾在2012年幫助好奇號火星車登陸,現在進行了改進,降落精度更高。

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北京時間2月19日凌晨4點48分,包裹毅力號火星車的空中吊車保護殼以19.5萬千米的時速進入火星大氣層。

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1分鐘後,大氣摩擦使得外殼温度高達1300度。

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4點52分,直徑21.5米的降落傘打開,並彈出擋熱板。

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4點54分,外殼背面分開,空中吊車的下降時速降至2.7千米,同時將毅力號從7.6米長的尼龍繩上降下,此時離地面約20米。

4點55分,速度降至2.5千米/小時,探測車接觸地面,尼龍繩切斷,毅力號成功着陸火星表面。

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毅力號火星車着陸後傳回的首張照片(圖片來源:NASA TV)

毅力號的着陸地點是位於北緯18度的耶澤羅隕擊坑(Jezero crater)。有證據表明曾經有河流流入耶澤羅隕擊坑,形成了一個早已乾涸的三角洲。而毅力號在此處着陸,一項重要目標便是識別和收集該地區的沉積岩和土壤樣本,探尋可能存在的火星生命跡象,同時測試人類在火星生存的技術。此外,毅力號還將通過對錶面岩石、土壤物理化學特徵的分析,幫助人類理解火星地質以及大氣環境。

除了對火星地表的探測,毅力號還將執行一項特殊任務——釋放“機智”號無人直升機。在毅力號着陸後60~90天左右,直升機將與火星車分離。它依靠太陽能充電,每個火星日能獲得大約90秒的飛行時間,每次飛行不超過三分鐘。機智號是毅力號的偵察機,能為毅力號提供高精度地圖,從而大幅提升火星車探索的效率。

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為什麼“天問一號”先環繞火星再着陸呢

由中國航天科技集團有限公司研製的我國首次火星探測任務天問一號探測器已進入環火軌道,計劃於2021年5月至6月擇機實施火星着陸。

為什麼率先到達的天問一號要先在火星軌道環繞三個月左右,然後再着陸呢?

這是因為首次探測火星的我國選擇了不同的方案。

我國首次火星探測任務要在一次任務中完成“繞、着、巡”三步。正因為使命特殊,既有環繞器又有着巡組合體的天問一號探測器也成為人類向火星發射的最重的探測器之一。

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2月10日,天問一號探測器順利進入大橢圓環火軌道,實現“繞、着、巡”第一步“繞”的目標,環繞火星獲得成功。2月15日,天問一號探測器將軌道調整為經過火星兩極的環火軌道。

後續,天問一號探測器還將經過多次軌道調整,進入火星停泊軌道,開展預選着陸區探測,計劃於2021年5月至6月擇機實施火星着陸,開展巡視探測。

我國在此前的探月任務中,已多次實現月球表面軟着陸,但相比月球,火星存在大氣,環境更加複雜,同時通信時延將達到20分鐘左右,因此,整個着陸過程依舊只能靠探測器自己判斷和執行,地面來不及做任何處置。

天問一號探測器的整個着陸過程在9分鐘左右。探測器需要在9分鐘的時間裏將速度從約每秒4.9公里降到0。而完成這個任務的第一步,就要藉助火星稠密的大氣。

氣動減速的時候,探測器要面臨高温過程,還有氣動帶來的姿態偏差。一旦利用自身氣動外形和防熱結構扛過了氣動減速的第一關,天問一號探測器的速度就將成功減少90%左右。

接下來,它需要立刻打開自己的減速傘,直到速度降至每秒不到一百米時,探測器攜帶的變推力發動機會準時開機,進入動力下降段。

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到達距火面100米的時候,進入懸停階段。這時探測器的微波測距測速敏感器對“地”進行測量,光學相機等對“地”成像。探測器可能還會在100米高度進行平移,選擇更安全的着陸區進行着陸。當自主確定着陸區域後,着陸巡視器會在緩衝機構和氣囊的保護下,抵達火星表面。

美國“毅力號”率先成功登陸:恐怖7分鐘、成功率僅40%
截至目前,人類2020窗口三大探火任務進展都很順利,祝願它們都能取得圓滿成功,為人類深空探測作出新的貢獻。

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