走,一起去火星

预祝中国探火成功

注:由于目前的技术限制,载人探火还无法实现,所以文中会有不太合常理的地方。请见谅。

走,一起去火星

从理论上来说,从地球到达火星的路线有很多种,但是考虑到时间成本、经济成本和技术限制,我们必须选择一条最佳轨道完成任务,而这条最佳轨道只有在地球与火星相对位置满足合适条件的时候才能实现,这个相对位置合适所对应的发射时间段就被称为发射窗口。

说到火星探测,就不得不提火星与地球超长间隔的发射窗口。长达二十六个月,一旦失误,就要再等两年。洞察号就曾因为地震仪的真空密封不过关而推迟了两年才发射。

 

好了,现在,我们有完好的大推力火箭,一个检验合格的探测器,还有一群帮我们操作的队员,发射窗口近在眼前。你是指令长,注意,地球上的信号需要15分钟才能传到火星,你需要自己保证命令的准确。

 

 


 

发射,进入近地轨道。

 

走,一起去火星

开始直奔火星?

 

不不不,除非你愿意把其它队员全部扔下飞船,然后放上更多燃料。但是,即使这样,你也飞不过去。

 

我们所熟知的发射窗口似乎是两点之间直线最短,但实际上,探测器可没能力直着怼过去。

 

在轨道转移这方面,霍曼轨道就要被考虑在内了。

 

霍什么轨道?

 

害,就是下面这个东西。

 

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好像煎蛋啊

 

为啥一定要用这个幺蛾子霍曼轨道?

 

先说,这个轨道有没有什么神似感,像不像高中的卫星物理题。

 

霍曼轨道充分的利用了星体引力产生的能量,所以这种转移所用到的能量最小(但是时间超长),使得探测器从地球到达火星通常需要259天。

 

 

 


不对,我们现在离地球越来越远,地球上的信号够得着吗?

 

不慌不慌,中国科学院国家天文台在天津武清站新建了70米天线(GRAS-4)高性能接收系统。火星探测对数据接收任务来说是一项严峻的挑战,从火星来的信号衰减非常厉害,信号非常弱,没有这个大口径的天线,就不能完成数据接收的任务。

 

我们在最远的时候,很可能还得加上密云的50米天线和40米天线,以及昆明的40米天线,四个天线同时接收数据,然后进行信号合成,才能完成火星探测数据的接收任务。

 

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好了,现在我们把轨道数据扔给电脑计算,坐等258天(当然,也要时不时纠偏一下轨道)。长期飞行会导致肌肉萎缩、骨质脱钙,辐射也会对身体造成影响,所以,也不老坐着(雾)。

由于路途漫漫,在飞往火星时,火星探测器要进行比月球探测器更多次数、更高精度的轨道修正。假如火星探测器在地火转移轨道近地点有1米/秒的速度误差或1千米高度误差,飞到火星附近时将产生10万千米的位置误差。美国“勇气”号火星车在抵达火星表面前,先后进行过4次航线修正。

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接下来,我们逐渐接近火星,准备进入轨道、着陆。

 

传说中的“恐怖七分钟”来了。

 

“刹车”进入火星轨道,计算进入轨道的角度,打开降落伞,切断降落伞……


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一步错,基本就没有弥补的机会了。


我们扛过了着魔鬼般的七分钟,准备着陆。

 

目前,主要有三种着陆方式可供选择。

 

一是气囊弹跳式。这种方式简单,成本低,只能满足小重量探测器软着陆要求,着陆精度不高。美国“勇气”号和“机遇”号火星车都采用降落伞+气囊弹跳方式。

 

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二是反推着陆腿式。这种方式复杂,成本高,可满足重量较大的探测器软着陆要求,着陆精度较高。“洞察”号、欧洲“猎兔犬2号”“夏帕雷利”着陆演示器等,都采用降落伞+缓冲发动机反推+着陆腿方式。

 

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洞察号

三是空中起重机式。这种方式最复杂,成本最高,技术最先进,可满足重量更大的探测器软着陆要求,能精确着陆。携带“好奇”号火星车的美国“火星科学实验室”采用降落伞+缓冲发动机反推+空中起重机方式。

 

我们的探测器有点重,所以采用第三种方式。

 

视频到原文看吧。。

我们顺利的来到了火星表面,但不要掉以轻心。

 

火星上的尘暴虽然小,但灰尘积累和线路损耗可是烦人的很。

 

 

走,一起去火星

看,被沙尘蹂躏的好奇号。

*好奇号在火星夏普山山脚下的自拍,摄于2015年10月(用于拍摄照片的机械手臂已被编修而隐藏)

 

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我们认真仔细地维护了探测器的正常运转,似乎没有什么别的问题了。

 

 

 


 

可是,我们要面对漫天黄沙,与死寂的大地。因为,这是单程票,在核动力火箭出现之前,想要回来,太难了。

 

请旋转手机

→◓

 

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机遇号 耐力陨石坑

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Endurance Crater 耐力坑

 

这里看着效果不太好,回复“火星”获取高清无水印版。

好了,你们继续待在火星,我自己先回去了。

 

以下,送上好奇号登陆火星原始拍摄视频

视频到原文看吧。。

 

 参考资料

1.Mars Rover "Opportunity" Images:

https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/mars/mars_exploration_rovers/merb_images.html

2.中国火星探测70米天线整体吊装成功 将成亚洲最大.

https://mil.news.sina.com.cn/china/2020-04-27/doc-iircuyvi0038708.shtml

3.好奇号_维基百科.

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A5%BD%E5%A5%87%E8%99%9F

4火星探测_维基百科.

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%81%AB%E6%98%9F%E6%8E%A2%E6%B5%8B

5.中国军网 国防部网.2018.探测火星有多难

http://www.81.cn/gfbmap/content/2018-11/27/content_221653.htm

 

走,一起去火星

原文始发于微信公众号(孤岛巨鲸):走,一起去火星

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