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美國“毅力號”登陸火星,它與天問一號區別在哪?

2021

/ 02/20
來源:

科技日報

作者:

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  北京時間2021年2月19日,美國的第五臺火星車毅力號抵達火星,直接登陸,于4時55分成功降落在杰澤羅隕石坑。

  許多人此時想到的卻是我國天問一號火星探測器。它于2月10日進入環火軌道,將圍繞火星飛行3個月左右,計劃于2021年5月至6月擇機實施火星著陸。

  2臺探測器從地球飛到火星所用的時間幾乎一樣,為何在降落環節區別這么大?

  全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩向科技日報記者表示,中美火星探測的任務目標和技術方案均不相同。毅力號的任務目標是尋找生命,而且美國通過此前的探測,對著陸點比較熟悉,因此他們選擇“直奔主題”。我國首次火星探測任務則是將“繞、落、巡”三步并作一步,在環繞過程中對著陸區進行詳細勘測。

  中國航天科工集團二院研究員楊宇光認為,從技術角度來講,毅力號所用著陸方案難度更大。19日凌晨,毅力號探測器到達火星后與巡航平臺分離,以每秒5.3公里的相對速度進入火星大氣,在距離火星表面11公里高度打開超音速降落傘。降至2公里高度時,探測器拋掉降落傘,改用“空中吊車”方式,利用發動機反推減緩降落速度。距離地面20米時,探測器下落速度降至每小時2.5公里,火星車被一根7.6米長的繩索懸吊下來。4點55分,毅力號火星車安全著陸,整個降落過程約為17分鐘。

  楊宇光表示,這一技術方案與美國此前發射的好奇號火星車類似,有好處,也帶來許多困難和挑戰。

  毅力號探測器總重超過4噸,相比重約5噸的天問一號要輕一些。不過,天問一號的總質量中,有大約一半是燃料。楊宇光介紹說,天問一號在實施近火制動過程中,消耗了將近1噸燃料,將速度降低了大約每秒1公里。而毅力號是直接進入火星大氣,利用大氣摩擦阻力進行減速,這樣可以節省大量燃料。

  因此,毅力號火星車可以設計得又大又復雜,其重達1043公斤,超過好奇號火星車成為世界最大的行星漫游車。而天問一號除去推進劑的重量以后,環繞器大約重1.2噸,著陸器、火星車加起來重約1.3噸,其中火星車的重量約為240公斤。

  要滿足直接降落方案的需求,對軌道要求極高。楊宇光說,當毅力號飛到火星時,所在位置必須剛好在目標落點的前進方向上,才能保證它進入火星大氣后,能按照規劃的彈道準確落在杰澤羅隕石坑。這要求它在整個飛往火星過程的軌道都非常精密。

  而天問一號在環繞火星過程中,則可以更從容地調整軌道,為降落做準備。

  龐之浩認為,美國采用直接降落方案的一個重要前提,是他們對著陸點十分熟悉。他介紹說,美國為選擇此次任務的著陸點花費了幾年時間,通過火星勘測軌道飛行器、奧德賽號以及馬文號火星探測器進行了詳細的勘察。而我國是首次實施火星探測任務,對著陸區需要進一步了解,因而需要在環繞過程中進行詳細勘察。

  此外,毅力號在降落過程中采用的“空中吊車”方式,也與天問一號計劃采用的“降落傘+反推發動機”方式不同。龐之浩表示,這是美國繼好奇號之后第二次采用“空中吊車”方式登陸火星,該技術的先進性和復雜程度極高,但能滿足著陸質量較大的任務需求。

  楊宇光說,“空中吊車”從本質上還是采用反推發動機技術。不過天問一號以及美國早期火星車如洞察號、鳳凰號等,反推發動機在探測器下方,“空中吊車”方式則是火星車在下方,反推發動機從上面牽引。他表示,該技術具備2個優點,一是可以避免因發動機推力過大濺起火星表面的塵土,對探測器造成影響;二是將懸吊著的火星車“放”到地面,對落點的平整度和坡度要求不高。

  但天問一號的著陸方式,對地面平整度要求很高。因此它將沿用我國探月工程中“嫦娥”落月所用的懸停避障技術,確保落在比較平坦的地方。

  龐之浩介紹說,毅力號是在好奇號基礎上改進而成,繼承了好奇號的一些重要技術,如核動力電源、“空中吊車”等。同時它也采用了一些新技術。例如在著陸過程中使用的“距離觸發裝置”技術,能幫助它在合適的時機釋放降落傘,提高著陸精度;“地形相對導航”技術則是將實現拍攝的著陸區地圖存在電腦里,并標出危險位置,毅力號降落時將“所見”地形與地圖對照,避開有風險的地方。

  ◎ 科技日報記者 付毅飛

  來源:科技日報

  原標題:《美國“毅力號”登陸火星,它與天問一號區別在哪?》

初審編輯:

責任編輯:admin

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