“天问一号”一直在近火点280公里,远火点5.9万公里的火星轨道上飞行,并对火星进行详细的观察勘测,以便为“祝融”号火星探测器选择最合适的降落地点,同时还需要避开火星上可能出现的风暴,从某种意义上说,看懂了“天问”和“祝融”,才会明白“中国技术”原来这么牛X!

祝融号是怎么在火星生活的(祝融一旦登录火星)(1)

俄国太空先驱齐奥尔科夫斯基曾经说过,地球是人类的摇篮,但是人类不可能永远生活在摇篮里。意思就是说,人类为了一定会向地球以外的其他星球进行探索和移民,进而不断扩大人类的生存空间,未来人类文明必将成为一个跨星际的宇宙文明。火星是整个太阳系以内,除了地球以外,自然条件相对最好的一颗大行星,把火星作为探测重点就是为了将来能够在火星殖民,从而扩大地球文明的影响范围。

自从1957年苏联发射人类历史上第一颗地球人造卫星至今,人类总共发射过45个火星探测器,其中仅有18个成功完成既定任务,苏联在1960~1988年曾经发了近20个火星探测器,却没有一个圆满完成任务,美国和欧空局发射的火星探测器也多有失败。之所以火星探测的失败率如此之高,是因为探测火星的难度要远远高于探测月球:火星和地球之间的距离随着两颗星球的不断自转而变化,其中地火最近时的距离为5500万公里,最远则大约为4亿公里,而地球到月球的距离仅为38万公里。

祝融号是怎么在火星生活的(祝融一旦登录火星)(2)

由于火星距离太远,因此对于航天探测器的技术要求也远不是探月器能比的。因为光是一种电磁波,在真空中传播速度约为30万公里/秒,所以探月器和地面控制站之间的通信延迟大概只有1.2~1.3秒左右,这种情况下,完全可以由地面控制中心对探月器进行远程遥控,以操作探月器精确着陆在月球表面。但是火星探测器就不行,即使按照5500万公里的最近距离计算,也有约183秒的延迟,也就是3分钟左右。而如果是4亿公里的距离,则延迟时间超过1333.33秒,折合约22.2分钟,也就是说从火星探测器发射一个电磁信号,地球上的控制中心需要等22分12秒左右才能收到,而地面即使立即恢复一个指令信号,前方的探测器也需要再等22分12秒才能收到,一个来回最短也是44分24秒。在这样的情况下,已经无法由地面控制中心对探测器进行实时遥控,而完全需要探测器自身具备高度的自动化运行能力,或者说需要一些“智能”以便于自身可以独立进行飞行控制或者展开科研项目。

祝融号是怎么在火星生活的(祝融一旦登录火星)(3)

同样,由于火星和地球距离太远,任何火星探测器的发射都必须极为精确的控制飞行轨迹,中国有一句古语叫“差之毫厘,谬以千里”用在火星探测上可以说恰如其分。根据国家航天局的数据可知,从地球利用运载火箭向火星发射探测器,在飞向火星的途中,如果在地火轨道转移时误差超过1米,在与火星相遇时,探测器的位置偏差可以超过10万公里!这个难度实在太高,以至于当前只有中国、美国、俄罗斯等极少数国家掌握这一技术。而且火星探测不但要能够确保探测器摆脱地球的引力束缚进入太空,还必须能够确保探测器摆脱太阳的强大引力,进而飞向更远的火星,这意味着任何重型运载火箭都必须把探测器加速到11.2公里/秒的第二宇宙速度以上,才能实现真正的探索火星。因此探索火星所要使用的火箭要远大于探索月球,目前我国只有长征五号运载火箭,也就是网友们昵称的“胖五”才有能力把5吨多重的“天问一号”送上火星。

祝融号是怎么在火星生活的(祝融一旦登录火星)(4)

但是探测火星的运载火箭发射并不是任何时候都可以进行,根据天文观测和计算可知,地球和火星之间的合适的发射窗口时间平均每26个月出现一次,所以一旦错过一次发射,就要多等上两年多的时间。正是由于探测火星的艰难,所以中国本次探索火星是直接采用了三步并一步的办法,一次性完成绕、落、巡三项任务,和美俄欧那些分布式探测计划相比,其难度说是“地狱级别”一点也不过分。目前成功着陆火星的探测器总共只有8个,而这8个探测器全部来自于美国,如果中国的“祝融”成功实现着陆,那么中国就是继美国之后,全球第二个实现成功登陆火星的国家。

祝融号是怎么在火星生活的(祝融一旦登录火星)(5)

祝融号登陆火星的难点主要在于,火星的大气密度只有地球的大约1%,所有登陆器都必须经得起高温烧蚀,稀薄的火星大气还让火星上辐射极为严重,各种电子设备和线缆都必须经得起太阳辐射的考验,计算机能够在强辐射情况下工作,通信系统能够在强电磁干扰的情况下保持通讯联络。而且火星上尽管空气稀薄,风暴却很严重,根据观测,火星风暴最大的足以席卷整个火星表面,而且强度足足超过地球上最大的12级台风的6倍!祝融号要经得起火星风暴的考验,是相当有难度的。

祝融号是怎么在火星生活的(祝融一旦登录火星)(6)

当祝融号被投放后,其穿过火星大气,落入火星地表总共只有7分钟,在这7分钟里,祝融号要完成1000多个动作,而且一个都不能错,否则就有着陆失败的危险,上文提到过,地球到火星单线联系的时间延迟是22分12秒,而整个着陆任务7分钟就结束了,所以祝融号只能在毫无地球指令的情况下“孤军奋战”,确保1000多个动作不犯错误,等到地球收到消息时,登陆任务早已经完成。因此着陆火星的7分钟,也被称为“黑色7分钟”。

祝融号是怎么在火星生活的(祝融一旦登录火星)(7)

再过几天,祝融号就要登陆火星了,如果祝融号能够成功登陆,这将意味着,中国成为全球第二个同时完成火星“绕、落、巡”三大任务的国家,而且我们只用了一次就同时完成这么多任务,这在世界航天史上也是一个创举,美国也没敢这么干过。最后,祝福祝融号一切顺利,中国航天永远牛X!

,