“天问一号”发射现场燃爆!它的使命和其他火星探测器有啥不一样?

作者:钱航来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-07-23

祝“天问一号”此后的火星征途顺利!

就在刚刚,2020年7月23日12时41分,我国首次火星探测任务“天问一号”火星探测器在海南文昌航天发射场发射升空,发射现场非常壮观!

发射现场,图片来源@人民网

发射现场,图片来源@人民网

发射现场,图片来源@人民日报

发射现场,图片来源@人民日报

从7月中旬开始,各航天大国都开启了今年密集的排队去火星的行程,最先拉开序幕的是阿联酋航天局,2020年7月20日5点58分,阿联酋航天局的“希望号”火星探测器在日本鹿儿岛县种子岛太空中心发射升空。

我国的“天问1号”刚刚成功发射,而大洋彼岸的美国宇航局的下一个火星车“毅力号”也将于7月30日发射升空。

火星探测器扎堆发射,那么,探测器是如何被送往火星的,到达火星后它又如何工作?人工智能能帮助“天问一号”克服哪些困难?中、美、阿联酋的火星探测在哪些方面存在差异?

让我们跟随专家的解读,深入了解火星探测的那些事。

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火星探测器到底是如何被送往火星的?

火星探测器发射约5-6小时之后,将穿越地球磁层顶,进入行星际空间,开始漫长的(约8个月)奔向火星的飞行过程,即地-火转移过程。

火星探测器经过约8个月的漫长旅途到达火星后,经过多次变轨进入环火轨道,并向火星表面释放着陆器和火星车,开展火星表面的巡视探测等任务。

在火星周围与火星表面,存在明显与地球不一样的空间环境,可对火星探测器产生重要影响。

环绕器环绕火星飞行后,要与着陆巡视器分离,进入任务使命轨道,开展对火星全球环绕探测,同时为着陆巡视器开展中继通讯。

接着,着陆巡视器进入火星大气后,通过气动外形减速、降落伞减速、反推发动机动力减速、多级减速、着陆反冲后,软着陆在火星表面。

震

图片来源@震长

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进入火星后,火星车都会在哪些方面对火星进行考察,如何来实现对目标任务的探测?

今年我国就将实施火星探测任务“天问一号”,按照计划,火星探测器要一次性完成“绕、落、巡”三大任务,这也标志着我国行星探测的大幕正式拉开。

我国实施首次火星探测任务,目标是获取最新的火星探测成果,深化人类对火星乃至太阳系的科学认知,推进比较行星学等重大问题研究。

然而,我国第一次火星探测就要完成“绕、落、巡”三大任务,这在世界航天史上还没有先例。

我国火星探测器由环绕器和着陆巡视器组成,总质量约5t。环绕器配置中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、火星矿物光谱探测仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪共7台科学载荷,对火星开展全球性、普查性探测。

“天问一号”着陆器及巡视器

“天问一号”着陆器及巡视器 图片来源:CNSA

着陆巡视器由进入舱和火星车组成,进入舱完成火星进入、下降、着陆任务,火星车配置多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪、地形相机共6台科学载荷,在着陆区开展巡视探测。

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火星上存在很多不可控性,着陆过程难点重重,这一过程借助到了人工智能,具体体现在哪些方面?

为了保证火星着陆巡视器能安全、平稳地着陆在火星上,科学家为其设计了四个关键步骤:

第一步,气动外形减速。使其在进入火星稀薄的大气时,能产生足够大的阻力,并且还不会翻车、乱撞、倒向飞行。

第二步,降落伞减速。着陆巡视器配备了一个全自动的降落伞,在减速到一定程度时,它会自动打开。

第三步,动力减速。着陆巡视器携带的发动机会在合适的时机在运动的反方向启动,对其自己产生反推力,从而达到减速的目的。

第四步,当运行到距离火星表面100米左右时,着陆巡视器的速度要减到相对为零,进入悬停状态,利用探测器所携带的相关仪器设备,对下方的着陆区进行选择,尽量寻找一个相对安全的地方着陆下去。

我国火星探测器示意图,图片来源国家航天局

我国火星探测器示意图,图片来源国家航天局

到了距离火星表面一两米的时候,着陆巡视器会启动一个着陆反冲装置,俗称“着陆腿”,靠它来降低其着陆时产生的振动力。

火星探测器飞行距离远,最远距离地球4亿公里;飞行时间长,地火转移飞行约10个月,环火探测约2年;同时受地球、火星、探测器相对运动和地面站分布的影响,测控通信难以全空间覆盖。

在环火探测中会经历2次日凌,通信中断最长达到30天;测控信号传输时延大,最短超过3分钟,最长达23分钟,特别是执行近火捕获、两器分离等决定任务成败且只有一次机会的轨道控制时,探测器距离地球约3亿公里,信号时延15分钟以上,由地面进行实时测控干预的条件已不存在,探测器必须自主执行预先注入的指令,并自行判断指令执行的效果。

一旦发现问题,必须在极短时间内根据自测量信息,进行自诊断,并完成故障的自恢复,对探测器自主导航、管理与控制的能力提出了更高要求。

为此,开展了火星安全捕获制动控制,两器分离与安全升轨控制、长期自主管理和控制策略与方法等专题研究和验证,提升探测器的自主能力。

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火星探测热潮在中、美、阿联酋掀开,这次火星探测,三国在哪些方面存在哪些差异?

“天问一号”的主要任务是发现火星上的生命迹象,评估整个火星表面的环境;与火星飞行器联合产生火星表面的地形图,其中包括土壤的特征、物质组成等一些其他的科学数据。

“阿联酋火星任务”具体的科学目标是通过表征火星低层大气来了解气候动态和全球天气图;通过将低层大气条件与高层大气相联系,说明天气如何改变氢和氧的逸出;了解高层大气中氢和氧的结构和变化,并确定氢和氧为何会从火星逃逸至太空。

“希望号”探测器

“希望号”探测器

而美国“毅力号”探测车的主要任务则是继续搜索火星上是否有生命曾经生活过的迹象,采取样本以待未来送回地球,交给科学家分析;此外,它还会描绘火星的气候和地址特征,为人类未来登陆火星做好铺垫。

我国“天问一号”发射成功是开展火星探测任务的开端,祝“天问一号”此后的火星征途顺利!

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