天问一号成功着陆火星 开启中国航天新征程

中国航天事业踏入二十一世纪后高速发展,在探月工程取得重大进展之际,中国科研人员还将目光投向火星。2020年的7月23日,中国天问一号火星探测器在文昌航天发射场升空,飞往这个遥远的星球,并将一次性完成“绕、落、巡”三项科技任务。2021年5月15日,天问一号着路巡视器成功于火星软着陆,火星车“祝融号”将继续巡视和探测火星。

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天问一号着陆火星表面模拟图(图片来源:中新社)
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探火缘起

火星是太阳系第二小的行星,直径只有地球一半。根据测量,它距离地球最近5,460万公里,是地球与月球平均距离的140多倍,最远则超过4亿公里。这个星球呈红色,荧荧似火;从地球上看,它运行轨迹和亮度又变化不定,令人迷惑,所以古代中国人称之为“荧惑”。

对于火星,各国科学家都怀有强烈的好奇心,一直想探其究竟。但这些任务难度极高,完全成功率不到50%,目前仅有苏联和美国的探测器成功着陆火星。中国因国力、技术等问题,探索火星起步比美、苏晚很多。2011年中国曾搭乘俄罗斯探测器发射首个小型探测器“萤火一号”,结果因俄罗斯火箭坠毁而失败。之后中国转而进行自主火星探测计划,并使用国产的长征系列运载火箭系统。

2016年1月,中国自主火星探测任务获得国家批准立项。任务要求通过一次发射任务实现火星环绕、着陆和巡视,对火星开展全球性、综合性的环绕探测,在火星表面开展区域巡视探测。2020年4月,中国国家航天局明确计划通过长征五号遥四运载火箭发射天问一号探测器。天问一号由一部轨道飞行器和一辆火星车构成。

“天问”一名来源于2,000多年前楚国诗人屈原创作的长诗《天问》。诗中屈原对自然现象、神话传说等提出一百多个问题,表现出追求真理;这正与中国火星探测任务探求科学真理、追求科技不断创新的目标相契合。中国首辆火星车则命名为“祝融号”。祝融在中国传统文化中被尊为最早的火神,祝融号则寓意点燃中国星际探测的火种,指引人类对浩瀚星空、宇宙未知的接续探索和不断超越。

天问一号探测器的研发团队,除了包括中国科学院在内的13家主要研究机构以外,亦有不少航天企业、学校科研团队参与其中;例如搭载在这次火星探测系统上、用作监视的“落火状态监视相机”(“火星相机”),正是由香港理工大学研究团队研发。

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天问一号发射前,中国科研人员在河北怀来的试验场模拟测试其悬停、避障等过程。(图片来源:中新社)
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10个月的长途飞行

2020年7月23日,天问一号由“长征五号”运载火箭搭载升空,开始漫漫征程。依照设计,天问一号沿着地(球)火(星)转移轨道,以大约每天30万公里高速飞行,途中需要多次修正轨道,7个多月后才到达火星附近。

2021年2月10日,天问一号火星探测器实施近火捕获制动,顺利进入环火轨道,成为火星的一颗卫星。中国国家航天局还公布了天问一号传回的第一张火星图像,图像中火星地貌清晰可见。

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天问一号传回的第一张火星图像。(图片来源:中国国家航天局)
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2月24日,天问一号进行第三次近火制动后,正式进入火星停泊轨道。期间,天问一号上的7台载荷会全部打开,利用中解像度相机、高解像度相机、光谱仪等器材探测火星,获取预定着陆区地形、地貌和天气等数据,为登陆火星做最后的准备。

经过3个月的养精蓄锐,天问一号在5月15日实施降轨,完成着陆巡视器与环绕器分离,成功软着陆于火星表面乌托邦平原南部的预选着陆区。此后,祝融号便驶离着陆平台,依次开展对着陆区域的全域成像、自我检测等动作,然后驶离着陆点,开始巡视探测星球表面。而天问一号的环绕器则会返回火星停泊轨道,为着陆巡视器提供中继通信。

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天问一号的轨道器会继续绕火星飞行约1个火星年(约等于2个地球年),完成火星全球遥感探测任务,同时兼顾祝融号火星车的中继通信。(图片来源:中国国家航天局)
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“两对眼”的祝融号

此后主要在火星上执行探索任务的祝融号,又有甚么特点呢?

祝融号长3.3米,宽3.2米,高1.85米,重240公斤,设计寿命为3个火星月,相当于约92个地球日。它有4只“眼睛”,其中2只是设在最上方的导航地形相机,其视野相当远,可用作自主规划行进路线;下方的2只则是避障相机,它视野角度更宽阔,遇到紧急情况会发送指令,让祝融号自动停车。

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由祝融号前避障相机拍摄的正对火星车前进方向。(图片来源:中国国家航天局)
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至于行进方面,祝融号共有6个车轮,每一个都可以正负90度转向,令它在避障时能“横行无忌”。万一意外掉到火星表面的坑里,祝融号还可把两个前轮抬起,后轮保持不动,变成一个类似手部的形状,慢慢“爬”出坑外。

另外,祝融号是以太阳能作能源。由于火星距离太阳太远,太阳照度只有地球上约40%,所以它要设置4块太阳能帆板,且帆板面积比月球车所使用的大得多。

祝融号还有高度自控能力,晴朗天气时正常工作,沙尘天气时就会进入最低工作模式,在重度沙尘天气下更会自动断电休眠以保护自身仪器。

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2021年4月24日国家航天局公布火星车定名为祝融号,并展示其可爱的卡通形象。(图片来源:视觉中国)
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乌托邦平原位于火星北半球,相比于南半球,这里陨石坑较少,且地质年龄轻,地壳薄,更适宜着陆和开展科学探索。祝融号会用自身的透地雷达、气象测量仪等6套仪器,搜集火星地表成分、物质类型分布、地质结构及气象环境等等资料,并为后续的“天问二号”任务作准备。

 

(文章来源:当代中国,特别鸣谢。原文有删改。)

上载日期:
2021年05月28日