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天问一号成功着陆火星,它经历了怎样的挑战?

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火星被称作“着陆器坟场”,着陆成功率仅47%。

天问一号搭载的“祝融”号探测车成功登陆火星,中国成为继美国和苏联后,第三个登陆火星的国家。

火星被称作“着陆器坟场”。人类历史上,至今进行过17次火星着陆任务,成功8次,成功率仅47%。探测器进入火星大气到着陆,会经历一个被称作“恐怖7分钟”的过程。

天问一号的登陆地点位于火星的乌托邦平原内。乌托邦平原在火星北半球,是火星上最大的平原。1976年,NASA的维京二号火星探测器曾在此着陆。科学家推测,乌托邦平原是火星上古海洋所在地。天问一号的着陆区在乌托邦平原南端古海洋与古陆地交界处。

此外,科学家已探测到,在乌托邦平原地下1米到10米深处存在大量地下冰,其体积与苏必利尔湖湖水相当。着陆完成后,“祝融号”火星车将在火星表面工作90天。火星车上搭载的6台科学仪器也将进行探测工作。火星被称作“着陆器坟场”人类历史上

着陆区示意图
着陆区示意图

与月球探测器任务相比,探测器在火星上着陆要难得多。

这主要有两个原因。一是火星表面环境比月球表面复杂很多。月球表面是真空,火星表面则有稀薄的大气(表面气压不到地球大气压的1%)。因此,探测器登陆月球只需进行动力减速,而登陆火星则会经历大气减速、降落伞减速、动力减速等不同阶段。

第二个原因是火星离地球的距离比月球离地球远得多。地火间通讯延迟达20分钟,这就使探测器在离开轨道后的关键时期,只能依靠提前备份的数据,由探测器自主计算、进行判断。在这个关键时期内,任何一个轻微的计算错误,就可能致使着陆失败。

天问一号经历了怎样的挑战?对于“天问一号”来说,“恐怖7分钟”实际上是大约8分钟。在这段时间里,着陆巡视器的速度需要从每秒4.8千米降到0,最终平稳降落在预定地点。

探测器主要分为三个部分:环绕器、着陆平台、火星车。着陆火星的是后两个部分——着陆平台和火星车。为保证在穿过火星大气层时不受损,着陆平台和火星车被“背罩”和“大底”两个部分上下包裹。这两个部分在着陆的中后期将会脱离。

着陆巡视器结构
着陆巡视器结构

 

这8分钟具体分为四个阶段:

气动减速阶段,大约240秒。这也是最主要的减速阶段,这一阶段主要依靠火星大气的阻力,速度从每秒4.8千米降到每秒460米。

伞降减速阶段,大约70秒。这一阶段中降落伞将打开,速度从每秒460米降到90米左右。

动力减速阶段,大约80秒。这一阶段外层的“背罩”和“大底”将会脱离,着陆平台上的发动机启动,速度进一步降到每秒1.5米。

悬停避障、着陆缓冲阶段。这一阶段从距离火星表面约100米时开始,此时速度基本降到0,着陆器先处于悬停状态,确定最终着陆点;4个打开的着陆腿在接触火星表面时起到缓冲作用。

平稳着陆后,着陆平台打开,“祝融号”火星车驶出并开始工作,火星探测进入下一阶段。在火星车工作期间,火星环绕器会在近火点265公里、远火点12500公里的低轨道上,以8小时为周期环绕火星,为火星车提供与地球间的通讯。

祝融号开始工作示意图(来源:央视)
祝融号开始工作示意图(来源:央视)

 

 

凌梓郡

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