北京時間2月19日,美國國家航空航天局“毅力號”火星車成功登陸火星,訊息一出吸引了全球的關注。一直以來我們都只能透過模擬動畫了解火星車著陸的過程,無法看到真實影片。
但是,此次NASA滿足了我們,公佈了“毅力號”傳回的恐怖七分鐘影片,黃沙漫天、煙塵滾滾,展示了登陸火星的危險旅程。這是人類首次記錄下高畫質的火星探測器第一人稱視角的著陸實況,也讓我們更直觀地瞭解了3個月後,“天問一號”即將經歷的一切。
耗資27億美元?“毅力號”長什麼樣
“毅力號”是NASA耗資27億美元的“火星2020”任務的核心,其主要目標是搜尋火星上過去生命存在的證據,尋找可能存在的微生物化石跡象,並從火星岩石中提取生物標記,以便將來回到地球進行分析。
作為目前人類製造的最大火星車,“毅力號”全部展開大小類似於一輛SUV汽車,長3米、寬2.7米、高2.2米,總重超過一噸,達到了1025千克,於2020年7月30日由宇宙神-5運載火箭發射升空。
和常見的深空探測器不同,“毅力號”的發射構型只包含一個圓片狀的巡航級,和飛碟狀的大氣進入、下降、著陸器(EDLS),乍一看彷彿一個“戴遮陽帽的飛碟”。
在“飛碟”內部,是處於收納狀態的毅力號火星車,以及用於動力下降和著陸的“空中起重機”。
恐怖7分鐘,“毅力號”成功著陸
相比地球而言,火星大氣並不是科學家的好朋友,其大氣構成極為稀薄,但又絕不能忽略不計,這讓裝置的減速和姿態控制更加困難。
而在下降過程中,隔熱層與大氣摩擦產生的超高溫表面,會形成一層等離子團,等離子團會遮蔽訊號讓火星車陷入“黑障”狀態,所以火星車一旦進入大氣層,一切都得靠自己。
在這7分鐘裡,“毅力號”要透過自主控制,將速度從將近7000m/s,下降到0,而且還要穩穩當當落在火星表面。
在NASA公佈的影片中,我們可以看到“毅力號”率先打開了降落傘。
緊接著,防熱盾被彈出,雖然用來彈射防熱盾的一個彈簧已經摺斷,但這並沒有影響整個過程。
在這個過程中,登陸器不斷減速,攝像機不斷拍攝地表情況,並將資料傳回火星車處理器,選擇具體較為合適的降落點。
達到一定高度和速度後,“毅力號”火星車連帶“空中起重機”下降級一同與降落傘分離,“空中起重機”點火減速,帶著“毅力號”火星車飛向最終著陸點。
成功著陸後,吊放線纜馬上切斷,“空中起重機”加速飛離火星車上空,在遠處墜毀。否則燃料耗盡的起重機會直接砸到火星車上。
至此,火星上的“恐怖七分鐘”結束,“毅力號”一氣呵成,但這次任務之前,NASA曾直言“恐怖7分鐘”的任務成功率只有40%。
如果進入火星大氣的姿態不正確,如果防熱盾出現故障,如果降落傘沒有正確展開,如果防熱盾沒有分離,如果地形相對導航出現故障,如果“空中起重機”撞到降落傘,如果“空中起重機”點火故障、或姿態失穩,如果毅力號火星車切纜繩切早了、或者切晚了,如果“空中起重機”燃料提前耗盡,如果“空中起重機”沒有飛離……
以上這些如果,只要有一個成真,那“毅力號”的結局就是墜毀。
起大早,趕晚集?“天問一號”準備好了嗎?
2020年7月23日,“天問一號”火星探測器發射;2020年7月30日,“毅力號”火星探測器發射。然而7個月過去,“毅力號”率先登陸火星,比“天問一號”的預計登陸時間早了3個月。“天問一號”為什麼起了個大早,卻趕了個晚集?
相比“毅力號”,“天問一號”火星探測器除了在火星上留下自己的腳印,還有另外一個重要任務。“天問一號”將用三個月的時間環繞火星,對火星表面進行地圖掃描繪製,包括記錄火星表面的大氣、磁場、信風、溫差等資料,為“天問一號”後續任務及今後我國所有火星探測任務積累重要資料。
目前,天問一號已經於2月10號入軌,並計劃於5月左右,實施火星車登陸任務。不像“毅力號”直接進行“空中起重機式”著陸的方式,“天問一號”選擇了反推著陸腿式,這一方式複雜,成本也較高。
反推著陸腿式需要降落傘減速後反推發動機點火,使探測器再次減速,並在著陸前進行自主懸停避障,反推火箭會一直工作,直到著陸器降落到火星表面。這種方法能滿足重量較大探測器的軟著陸要求,著陸精度也相對較高。
如果最終“天問一號”火星車成功著陸並執行,將成為人類史上首個一次性完成“繞、落、巡”的火星探測器,期待它在5月份的表現。