【材制·视角】天问一号——揭开火星的神秘面纱

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2021-05-15

发表自话题:火星的中国时刻

初原载于 爱学习的 青春材制

2020-04-30

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       说起天问一号,大家还记得她是谁嘛。日前,天问一号任务的火星车终于有了她的名字——祝融号。坦诚讲,遥远的地火距离,让我们不免会忘记,太空中还有一位奔赴火星的“靓仔”。有网友戏言:我们的嫦娥都把月壤带回来了,这位靓仔还在去火星的路上。

  今天,我们就来说说天问一号,说说火星。

  自古以来,火星——这颗枯红色的行星就引发了人类诸多的幻想,在古希腊,火星与战神阿瑞斯同名。荷马在《伊利亚特》中借阿波罗之口说:“阿瑞斯!阿瑞斯!可恶的毁灭者,人类的屠夫!”在中国,火星被称作荧惑。杜甫在《魏将军歌》中写道:“星躔(chán)宝校金盘陀,夜骑天驷超天河。欃(chán)枪荧惑不敢动,翠蕤(ruí)云旓(shāo)相荡摩。”更有一些人,相信火星和地球一样也是有生命存在的,在电影《世界之战》中,火星人的大举入侵地球,给人类带来灾难。


       最近几十年航天技术的发展使得人类探索火星不再成为梦想。从1964年美国“水手4号”火星探测器发射成功到今天,人类近距离观测火星有了五十多年的历史。去年,我国自主研发的“天问一号”由长征五号遥四运载火箭发射成功,今年二月份,“天问一号”探测器成功进入火星轨道。和同期阿联酋发射的“希望号”火星探测器不同,“天问一号”不仅要环绕火星,更要降落在火星表层上,进行深一步的研究,对中国航天而言,这是一个里程碑式的进步。

  那么“天问一号”怎样执行的详细的任务呢?大体来说可以分为两部分:“靠近火星”、“降落火星”。在第一个任务中,“天问一号”要先到达火星周围,被火星捕获,进入近火轨道中绕火星运动,然后借助高分辨率相机等设备,给火星拍个“全身照”,并同时分析一下在发射之前首选的预定着陆区的具体情况,把火星车“扔”到火星表面的流程。

       其中,天问一号探测器在经过长途飞行后,如何及时制动并最终被火星捕获,是第一个任务中风险最高、难度最大的环节之一,直接关系到探测任务的成败。航天科技集团五院天问一号着陆巡视器总体主任设计师董捷说:“它是一次性不可逆的过程,如果发动机没有点火,或者说点火的姿态有问题就飞出去了,可以认为这个任务失败了。”

  在此过程中,探测器能够被火星引力捕获的机会仅有一次。要想实现完美捕获,天问一号不仅要靠地面的指令,更要在关键时刻依靠自己的“智慧”进行决断。

  为了把控发动机的开关时机,环绕器在近火捕获前需要由地面对其进行精确的无线电测定轨。除了无线电通信导航外,天问一号还首次利用光学导航敏感器作为备份导航工具,通过探测器上的一双“眼睛”实时观测环绕器和火星的精确位置。地面团队可借此更直观地确认飞行轨道和姿态,计算图像中火星的几何中心和视半径。天问一号可以通过最优估计算法自主获取实时位置和速度信息,依靠可靠的捕获策略,确保进入环火轨道。这就是天问一号自己的“智慧”。

  “降落火星”是科研人员要完成的第二个任务以及难点,在绕火星科学考察飞行长达两三个月的时间,天问一号才能择机进行着陆。这将是其成功与否的又一个关键时刻,整个过程惊心动魄,包括进入大气层,经历7分钟烧烤黑障时期,然后打开降落伞,飘然而下,快到地面时适时开启反推发动机,让着陆器安全着陆。以上整个着陆过程地球控制中心完全无法把控,完全靠着陆器自主识别着陆点,自己规划整个过程,这是对天问一号AI系统的一次检验。

  顺利着陆后,天问一号将释放出火星车“祝融号”,开始对火星进行考察。那么它具体在考察些什么呢?

  在火星车抵达火星表面后,其接下来的使命便是进行对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等科学探测。就在近日,天问一号为我们带来了3幅"火星图":2幅黑白和1幅彩色图像。



       拍摄的画面为火星北极的一片区域。目前,我们希望“天问一号”火星探测器能够顺利地降落到火星表面,并且成功地进行下一步任务。

  火星车在火星上如何工作的?

  火星车竖立在前端的桅杆顶端的方形设备就像机器人的脑袋,其中包含火星车的“眼睛”,上面有帮助火星车避开障碍来实施前行实时探测的全景相机,还有识别矿物质成分的多光谱相机。在火星车上,还装有4个“大翅膀”,这正是太阳能电池板。除此之外,火星车还配有探测雷达、磁场探测仪和气象测量仪,可以对火星进行全方位的探测。

火星车(左)天问一号1:1着陆平台(右)

       随着时间的一步一步推近,天问一号择机降落火星表面的日期越来越近。我们的天问一号即将迎来她的下一个难题。

  欲知后事如何,且听下回分解。

参考文献:百度百科、新华网

撰  稿 人:    科技协会科创部           许志宇    朱宇翔   窦 筝   马浩然

责任编辑:    科技协会主席团成员   于世龙

执行编辑:    融媒体微网平台     代震霖

总 编  辑:                                     李晓萌

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