【环球时报|中国为什么非要去火星？】据公开数据统计,迄今为止,人类探火的完全成功率约为42%,这项成功率比难度极大的人类探月约53%的成功率还要低 。 纵观人类航天史,目前也仅有美国和前苏联两个国家成功实现登陆火星,其中美国的海盗1号和海盗2号火星探测器还是迄今为止唯一成功实现通过一次发射完成环绕探测和着陆探测的探测器 。
然而,尽管探测火星是一项高风险的尝试,却依旧让传统航天大国,乃至非传统航天大国“趋之若鹜”, 自1996年以来,几乎每隔26个月的发射窗口都有火星探测器发射任务 。 而在2020年夏,就有三个国家的探测器会前往火星,分别是阿联酋的“希望”号火星探测器、美国“毅力号”火星车和中国“天问一号”火星探测器 。
既然探测火星“胜算“不到一半,为何如此多的国家还甘愿不计代价“放手一搏”呢?
基于人类目前对于火星的认知,火星是离地球较近且环境最相似的星球,一直是人类走出地月系统开展深空探测的前站 。 在太阳系八大行星中,火星的物理性质和化学性质与地球最为相近 。 火星主要是由硅酸盐岩石构成,有类似地球的岩石地表,火星拥有高山、平原和峡谷等多种地形,南方充满陨石撞击的高地和峡谷,北方则多是被熔岩填平的平原,由于自转轴倾角和自转周期与地球相近,火星的昼夜长短及四季变化与地球也几乎一样 。
在以往的探测中还发现,火星的表面似乎有液态水流过的痕迹,现有证据已表明有水冰存在于火星极地的冰盖中 。 水的发现,引发了人们对于火星上是否存在孕育生命条件以及火星是地球过去还是地球未来的思考和探索,研究火星对认识地球演变具有非常重要的比较意义 。 此次中国首次火星探测任务,就将对火星的形貌与地质构造特征,火星表面物质组成,以及火星表面土壤特征与水冰分布展开研究 。
此外,与和地球相类似的是,火星周围也有大气层 。 区别在于,火星大气层的主要成分是二氧化碳,但是人类可以通过技术手段对火星进行“改造“,从火星大气的二氧化碳中提取出氧气,这样不仅可以供人类呼吸,还能制成燃料 。
而基于人类现有的航天能力,飞行时间8~10个月即可抵达火星,相比更远的行星和卫星,探索火星的任务周期更为合适 。
因为火星与地球有着较为类似的环境和探火不超越人类技术能力的可行性,使得未来机器人或人类驻守火星成为可能 。 在载人登月之后,火星也被公认为是人类登陆行星的首选目标 。
挑战前所未有,如何确保万无一失
相较于之前“五战五捷”的月球探测,中国的火星探测任务难度更大 。 由于火星相对地球距离较为遥远,最远时超过4亿公里,最近时也有5500万公里,探测器需要在地火转移轨道上飞行近7个月,还将进行2至3个月的火星环绕飞行,所以对发射、轨道、控制、通信和电源等技术都提出了很高的要求 。
在发射方面,为了将5吨重的探测器一举送入地火转移轨道,这就需要长征五号运载火箭飞出超过11.2千米/秒的第二宇宙速度 。 因为只有当航天器的速度达到每秒11.2千米的第二宇宙速度时,才能完全摆脱地球引力,去往太阳系内的其他天体 。 因此,第二宇宙速度也被称为“逃逸速度” 。 此前,中国的长征三号乙运载火箭托举嫦娥月球探测器进入地月转移轨道时飞出了超过10千米/秒的速度 。 而据长征五号火箭总设计师李东介绍称 。 “此次发射火星探测器,是长征五号火箭第一次达到并超过第二宇宙速度,同时也飞出了我国运载火箭的最快速度” 。
由于地球和火星之间的相对位置不断变化,发射火星探测器就像是在打一个“移动靶”,只有不断地调整发射轨道,才能确保“天问一号“探测器更加精确地入轨,在奔向火星的过程中节约自身燃料,因此,此次探火任务就对火箭的轨道设计提出了更高的要求 。 为了让“天问一号”更加精确地入轨,来自中国航天科技集团一院的研制团队创新性地进行了精细化的“窄窗口多轨道”设计,将14天窗口期内每一天30分钟的发射窗口细分成3个宽度10分钟的窗口,对应3条发射轨道,一共设计了42条发射轨道,创造了单次发射轨道设计数量的新纪录,将轨道偏差控制在非常小的范围内 。 还首次实现了发射轨道的自动切换,火箭可自动比对时间,自动切换轨道 。 这在中国航天的发射史上是绝无仅有的创举 。

稿源：(环球时报)

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标题：环球时报|中国为什么非要去火星？( 二 )