在浩瀚的宇宙中,哪里有可能成为人类的第二个家园呢?在电影《火星叔叔马丁》、《火星救援》中,描绘了火星的大致样子。
太阳系8大行星示意图,按照离太阳的距离从近到远,依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星
晨曦中最亮的那颗星星叫做“启明星”,它是地球的双胞胎,也叫金星,那里的高温、高压、硫酸雨、有毒气体,证明了金星并不适合人类的生存;木星,太阳系里最大的行星;土星,太阳系里最漂亮的行星;天王星,太阳系里最寒冷的行星;海王星,太阳系里最遥远的行星;它们各有特色,然而作为移民的目标,它们都有致命的缺陷。
太冷、太热、气压太强或者没有大气,我们的邻居们的环境与地球相差太远了,严酷的现实击碎了我们的星际移民梦想,至于其他星系的行星离我们太过遥远,最近的也要几光年,凭借每秒钟十几公里速度的航天器,几十代人都飞不到那里,所以,我们还是要把视线拉回太阳系,幸好宇宙还给我们留下一个选择,它正在太空中默默地等待我们。
7月23日,中国首次火星探测任务在海南文昌成功发射。登陆火星,中国航天人用了11年的时间自学成才,一出手便挑战“地狱级”难度,环绕、着陆、巡视三个步骤一气呵成,苏联老大哥的20次挑战也仅仅成功半次,那次降落后20秒探测器就报销了,连一张照片都没发回来。
我国行星探测为什么要选择火星
天上星辰那么多,为什么科学家独爱火星?在太阳系里,火星是在自然环境里与地球最为接近的星球,两者几乎都形成于45亿年前,组成成分也相同;火星与地球有着最相近的体积,地球直径12756公里,火星直径6794公里;最接近的温度,地球表面温度59度至-89度,火星表面温度-5度至-87度;火星与地球有着几乎一样的自转周期,一个火星日大约是24小时39分,不仅如此,它还和地球一样有四季更迭,甚至在一些地貌特征上火星与地球都能让你傻傻的分不清。
在太阳系里,八大行星以太阳为核心公转形成8个环形轨道,其中地球位于3环,火星位于4环,探测器要想离开地球到达火星,从3环跨越到4环,要长途跋涉10个月,完成4亿公里的飞行,要经历发射入轨段,地火转移段,火星捕获段,火星停泊段,以及离轨着陆段;其中地球-火星轨道转移段是天问1号飞行最久的阶段,耗时7个月。
各国火星探测器全家福,其中大部分都已阵亡了。
从1960年开始,人类已实施的火星探测活动达45次,失败23次,接近成功的3次。今年多国将进行火星发射任务;
7月20日,阿联酋与美国研制的“希望”号火星探测器由日本的H-2A运载火箭发射升空,这是阿拉伯世界的第一次星际飞行任务;
美国火星车“毅力号”将于7月30日在卡纳维拉尔角发射升空;
俄罗斯与欧盟合作的火星探测计划ExoMars2020因疫情推迟。
中国的“天问1号”带着寻找地球以外生命和探寻火星起源演化过程的两个任务,正在飞往火星。
1975年由海盗1号传回的照片可见到火星上一望无际荒凉的红土,重挫科学家40年前推论与想像
飞往火星太困难了
其中一个原因就是距离太远,地火之间最近距离也要5500万公里,远的话也超过4亿公里,以超能斗战胜佛悟空的飞行能力来说,最近的距离他要飞8个月,最远要飞5年才能到火星;就连发送一个指令,在地球与火星之间单程要20-30分钟,想象一下,在地球上问一句“你吃了吗”,要等一小时才能得到回复是什么感觉,车马驿站风。
“探测器坟场”是火星的绰号,人类的探访火星的历程是步步有难、处处有灾,完全成功的不到四成,前苏联老大哥从1960年到1996年的36年间,进行了20次火星探测任务均已失败告终。美国的17次火星探测中,只有5次成功登陆火星。要与火星成功牵手要经历7道坎,每一道都是踏着阵亡探测器的骸骨前进,成功率太低了。
1960年开始人类探测火星任务列表
第一道坎就是发射窗口,26个月才出现一次最合适的发射窗口,在这个窗口期里最节省燃料,飞过去要7到10个月,错过窗口可能要飞5年,美国的“洞察”号探测器就是发射前的故障,从2016年等到了2018年才发射。
第二道坎是发射,有1/7探测器在发射阶段倒下,前苏联的前4次发射全部倒在发射阶段,美国的前2次也倒在发射阶段,连地球轨道都没进去就阵亡了;
第三道坎是要找准时机转入地火转移轨道,进入奔火的高速公路,有1/8的探测器因为迷路而在了高速入口挂掉了,印度的“曼加里安号”探测器发动机出故障,差一点就倒在这一步,2011年我国的“萤火虫一号探测器”与俄罗斯天顶号运载火箭与“福布斯·土壤号”火星探测器一起发射升空,在变轨时发动机两次点火失败,这也意味着中国的第一颗火星探测器发射以失败告终。
“水手9号”是人类派往火星考察的第一颗人造火星卫星,1971年5月发射,在轨道运行349天,发现了太阳系中最大的已知火山、超过4000公里长水手峡谷。
俄罗斯与欧盟合作的ExoMars2020火星探测器,被疫情耽搁了。
中国“天问1号”火星探测器,是我国发射最重的深空探测器,其中装载的中国第一辆火星车,身高1.85米,体重240公斤左右,搭载了6种有效载荷,包括地形相机、多光谱相机、次表层探测雷达、表面成分探测仪、表面磁场探测仪、气象测量仪,火星车设计寿命3个火星月,约92个地球日,探测器预计明年2月抵达火星。
第四道坎是失联,在奔火的高速公路上可能会跑着跑着就失联了,不管发生任何异常,身在地球的我们都鞭长莫及,没有进入到火星轨道,这一部分倒下的探测器占到1/7,日本的“希望号”探测器就倒在这个阶段。
进入火星轨道后是不是就能放心了呢?也不是。
探测器有可能一入轨就失联了,这就是第五道坎,前苏联的“火星7号”因为分离过早,导致它没能着落到火星上,而进入了环日轨道;另一个前苏联的“福波斯2号”探测器,在已经进入火星环绕轨道后失效,携带的着陆器没能进入下一阶段。
美国历年火星探测器,包括水手4、6、9号,火星3号,维京1号等,NASA在1997年至2015年间以寻找水源为目标,发射不同功能的探测器,先后发现远古温泉存在证据。。
第六道坎下降是最危险的阶段,要从火星轨道上降落下来,到达火星轨道的探测器有一半都在这个阶段挂掉,欧洲一共做过两次火星探测任务,全部在这个阶段失败。
第七道坎是着陆后失败,1971年12月前苏联的“火星3号”在着陆后只工作了20秒,一张照片都没传回来就挂掉了。
“恐怖7分钟”
从进入火星大气层到降落到火星表面只有短短的7分钟左右,却被成为“恐怖7分钟”,在降落过程中电磁信号是完全被屏蔽的,完全靠探测器自己落地。
为了把火星车送上火星,着陆平台配备了减速降落伞,与反推发动机配合,在7分钟内将时速2万公里减到0。
下降过程中,通过传感器,着陆器要避开悬崖峭壁、乱石深坑,让主发动机和姿态控制发动机配合,寻找一块相对平坦的降落点。
火星,这颗神秘的红色星球,一直以来都被人们赋予特殊的意义,在人类极为有限的太空探索能力中,一直是科学家梦寐以求的地方。
中国科学家从新近降落的火星陨石中发现,陨石中微细的碳颗粒的碳同位素组成具有生命来源的特征,火星上究竟是什么样,不上去看看是不行的,毕竟作为航天强国我们要向太阳系的星辰大海挺进。
2020年7月27日,天问一号探测器在距离地球约120万公里处回望拍摄的地月合影照片。其中,大的新月状球体为地球,小的新月状球体为月球。图|中国国家航天局
从5G商用到“北斗”组网,再到奔向火星的“天问”,中国创新的力量无处不在。
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