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    2億公里外的好消息:“祝融號”成功著陸火星

    距離地球約2億公里的火星,又有了新的天外來客。

     

    今天上午8點左右,我國首輛火星車“祝融號”成功著陸火星北半球的烏托邦平原(Utopia Planitia)。

     

    搭載火星車的著陸器與“天問一號”探測器分離后,跟地球完全“失聯”,需要自主完成近9分鐘的軟著陸過程,要將大氣進入速度4.9km/s降低到垂直速度為0,然后經過平移找到最佳著陸位置。

     

    這個著陸過程最難,也被稱為“恐怖9分鐘”。

     

     

    火星探測項目“天問一號”在2016年立項,經過4年打磨,于去年7月23日在海南文昌發射,今年2月10日被火星捕獲后,順利進入環火軌道,繞火星飛行。

     

    過去2個月間,“天問一號”一直在對火星氣象、地表地形、降落點等進行數據收集和研究,今天終于找準時機,釋放著陸器,讓其“親密”接觸火星。

     

    著陸器安全著陸后,會先進行自我檢查,然后打開太陽能板進行充電,再釋放高1米85、重240公斤左右的火星車“祝融號”,讓它大展身手。在設計壽命3個火星月、92個地球日內,“祝融號”將進行巡視工作,主要完成5項任務:

     

    1. 繪制火星形態和地質結構圖;

    2. 調查火星表面的土壤特征和水冰分布;

    3. 分析火星表面的物質組成;

    4. 測量電離層和火星地表氣候及環境特征;

    5. 探索火星的物理場(電磁場、引力場等)及內部結構。

     

    中國火星探測器“天問一號”著陸器與“祝融號”火星車模型

     

    里程碑事件

     

    火星車“祝融號”的安全著陸,是我國漫長行星探索的里程碑事件。

     

    要知道,從上世紀美蘇太空競賽以來,火星探索一直沒間斷過,卻很少見到中國的身影。如今我國首次自主探索火星,就能成功著陸火星車,簡直是個奇跡。俄羅斯的火星車摔了幾次都沒成功,日本、歐洲更是接連失敗。

     

    至此,中國成為全球繼美國后,第二個能將火星車安全送入火星表面并正常運行的國家。

     

    火星車成功著陸也得益于我國在探月工程中的長年積累——2011年實現“繞”月飛行,2013年釋放月球車實現“落”、“巡”任務,去年成功采集月球土壤和巖石樣品返回地球。這些工程都沉淀不少太空探索技術和經驗。

     

     

    2020年以前全球有44次火星探測活動,包括美國21次,蘇聯/俄羅斯19次,日本1次,歐空局2次,印度1次,雖然參與者多,成功率卻只有43%。

     

    圖片來源:中科院之聲

     

    火星探測的關鍵難點在兩個環節。

     

    一是從地球到火星長達幾個月的太空飛行,探測器很容易遇到各種意外而失聯,成為“太空垃圾”。另外哪怕探測器到達火星軌道,在降落過程中,地球與火星之間有6-22分鐘的通信延遲,無法靠人工操作來規避意外危險,更不能靠火星稀薄的大氣層來快速減速,幾乎一半的著陸任務折戟于此。

     

    去年美國、中國、阿聯酋分別發射了火星探測器,目前進展都還算順利。如今有4個探測器在火星表面工作——美國的“好奇號”、“洞察號”,今年2月份著陸的“毅力號”,以及剛著陸的中國“祝融號”。

     

     

    在火星軌道正常工作的探測器有9個——NASA奧德賽、ESA火星快車、NASA火星勘察軌道器、NASA火星大氣與揮發物演化任務探測器、歐洲和俄羅斯合作的“微量氣體軌道器”、印度曼加里安火星軌道探測器,以及去年發射的阿聯酋“希望號”探測器、“天問一號”軌道器。

     

    “祝融號”成功著陸意味著我們探索火星邁入新臺階,不再需要依靠其他國家間的探索結果來了解火星,能自主探索火星上的自然環境和生命跡象。再往遠了說,馬斯克推崇的“火星移民”,雖然遙不可及,但至少我們不會顯得非常被動,對該計劃的可行性有更清楚的認知。

     

    此次著陸點烏托邦平原也深有考量,因為選址不僅涉及到火星車的工作安全,還決定它能發現哪些科學信息。

     

    烏托邦平原位于火星北半球,直徑3300公里,是火星上最大的平原,早在1976年,NASA的“海盜2號”就降落此地。該平原平均高度低于火星基準面1000-2000米,南部地區與艾希律平原接壤,面積大、光照足,著陸成功可能性更大。

     

    經過多年探索發現,該平原并不是一個大隕石坑,而是火星古代海洋的海床,地表淺層發現了水冰的存在,比較適合火星車在此探索火星生命和地質環境。

     

    “祝融號”與鄰居“毅力號”

     

    跟美國的重達1000多公斤的“毅力號”相比,“祝融號”只是一個小不點。但“麻雀雖小,五臟俱全”,它也攜帶了13種有效載荷,來完成對火星形態、地質學、礦物學、空間環境、土壤和水冰分布等的分析。

     

    比如:

     

    1. 探地雷達,可以對火星表面100米以下成像;

    2. 火星表面磁場探測器,可探測表面磁場強度;

    3. 火星氣象測量儀,可測量火星表面溫度,濕度,氣壓和風速等氣象環境;

    4. 火星表面化合物檢測器,利用激光誘導擊穿光譜和紅外光譜可對土壤和巖石進行探測;

    5. 多光譜相機,獲取至少8個波譜段的圖像,探測火星表面物質類型分布;

    6. 導航和地形相機,可用來拍攝火星地形地貌,幫助科學家研究火星的地質構造和演化過程。

     

    “毅力號”是美國第5次派遣的火星車,長3米,配有19個攝像頭,以及2米長的機械臂。它降落在杰澤羅(Jezero)隕石坑附近,主要的任務是尋找生命跡象、探測火星地質、收集樣本,以及利用火星大氣制氧,同時還派出“機智號”火星直升機。

     

    “機智號”直升機與“毅力號”火星車

     

    它的裝備相對先進一些。比如攝像頭系統可以拍攝火星表面的高清視頻、全景三維圖像,能像隔著足球場看蒼蠅一樣對目標進行放大。另外比較讓人難忘的是“毅力號”的直升機和制氧技術。

     

    上個月“毅力號”的制氧機就曾成功將占火星大氣96%的二氧化碳的氧原子分離出來,制成大約5克氧氣,相當于一名宇航員正?;顒?0分鐘所需的氧氣量。這不僅能解決未來載人探火的供氧問題,還能成為以火箭返回地球的燃料,給商業航天、火星移民等項目打下基礎。

     

    直升飛機“機智號”最近也飛了5次,最新飛行記錄距離約129米,高度約10米。它的挑戰是在空氣密度只有地球1%的火星表面飛起來,旋翼轉速至少要達到地球直升機螺旋葉旋轉速度的5倍,另外還要面臨零下90度的惡劣天氣。

     

     

    “毅力號”主要靠放射性同位素核電池供能,來維持儀器運轉和寒冷天氣保暖。“祝融號”靠太陽能充電,設計壽命只有“毅力號”的四分之一。

     

    “祝融號”的優勢還是在材料和通信上。比如“祝融號”的熱控材料是新型保溫材料——納米氣凝膠,很輕,隔熱性能好。它的太陽能面板也不會被灰塵給封印,因為面板可以調節角度,甚至可以豎起來,而且面板上也有一層特殊涂層,不容易粘灰。

     

     

    “祝融號”還采用了鋁蜂窩夾層材料、鋁基碳化硅、復合纖維材料等多種新材料,能提升火星車的高耐磨性和穩定性,基礎零部件都實現了國產化,元器件國產化率也超過90%。它收集到的數據需要傳輸給還在天上轉圈的“天問一號”,然后由“天問一號”轉發給地球。

     

    為了保險起見,我們和歐洲人商量好了,如果“天問一號”不能工作,可以讓歐洲的火星快車探測器幫忙。另外,“祝融號”上也攜帶了能直接與地球通信的天線,傳輸數據的速度比別的探測器要快。

     

    “第二故鄉”火星

     

    如果看火星的自然條件,你很難想象,我們為什么要去到這顆遙遠的紅色星球探險、開荒?

     

    火星平均溫度為-60 ℃。大氣成分主要是二氧化碳,常有沙塵暴發生,大氣層僅為地球的0.7%,沒有完整的磁場,還沒有發現任何的生命體,有些像“死去的地球”。

     

    NASA發布火星表面“金伯利”地質景觀圖

     

    火星尼利槽溝區域

     

    可火星卻是太陽系內,目前最適合人類生存的星體。

     

    從排除法來看,太陽系中只有金星、地球、火星處于宜居帶,而金星的生存環境更惡劣,大氣壓強高達地球的92倍,平均溫度超過460攝氏度,比離太陽最近的水星的向陽面還熱,比起火星的荒蕪,金星更像是地獄。

     

    火星最有吸引力的一點是,它有大量的固態冰,也就是有生命之源——水,這是它被稱為“第二故鄉”的最核心原因。

     

    NASA獲得照片顯示,深色細長長約100米的條痕,推測是由水流沖刷形成

     

    有研究表明,在46億年前到37億年前,火星表面存在大量江河湖泊,大氣層濃密,溫暖宜人,像地球一樣適合生存。這為探索火星提供了另一層動力,就算找不到生命的存在,也能研究生命消失的原因。

     

    尤其是當我們在地球上正經歷一些前所未有的不確定性時,比如地球環境的不斷惡化、疫情病毒的無休止變異、稀有材料的緊缺,甚至行星撞擊地球等預言,都會讓我們不由自主地感到恐慌,從而將希望轉向另一種生存的可能性。

     

    火星探索不管是出于國家競爭、太空探索,還是商業化拓展,我們都可以看到新一輪的“火星潮”正興起,它不再只是創意產物,而逐漸形成較為合理的需求苗頭。

     

    一輛火星車的著陸,或許就是一個平穩的開始,此后我們對火星的構想將加速成為現實。

     

    “地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠生活在搖籃中。”

     

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