胖福的小木屋|美国毅力号成功发射,为何它能比中国天问一号提前3个月登陆火星
2020年7月30日 , “毅力号”火星车已经成功完成了所有的发射和入轨步骤 , 开始向着火星前进 。
此前 , “毅力号”运载火箭宇宙神5541型运载火箭(AtlasV541)频繁出现问题 , 发射时间先后推迟到7月20日和7月22日 , 最后再推迟到7月30日 。
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美国自己都有点担心 , 是不是会赶不上火星发射窗口 , 因为火星和地球都围绕太阳旋转 , 周期不同 , 之间的位置和距离不断变化 , 而火星探测器一般都采用霍曼转移轨道(或译为郝曼转移轨道 , Hohmanntransferorbit)到达火星 , 这是一种变换太空船轨道的方法 , 它以太阳为其中一个焦点的椭圆轨道 , 与低轨道(地球轨道)和高轨道(火星轨道)都相交 。
当地球运行到霍曼转移轨道的近日点 , 飞行器启动发射 , 加速离开低轨道;而当火星运行到霍曼转移轨道的远日点 , 飞行器启动转移 , 加速进入高轨道 。 这样火星探测器途中只需两次引擎推进 , 相对地节省燃料 。
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飞行器必须在精确的时间窗口内发射 , 才能恰好在霍曼转移轨道的远日点和火星相遇 , 被火星引力捕获 。 一旦错过火星发射窗口 , 那么就要等待下一次机会了 。
而在今年的窗口期 , 阿联酋的“希望号”率先出发 , 中国“天问一号”紧随其后 , 美国的“毅力号”则赶上了窗口期尾巴 。 这是人类航天史上 , 罕见的三个国家都是开启火星探测任务 。
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尽管比“天问一号”晚发射 , 但是“毅力号”却要比“天问一号”早3个月登陆火星 , 这究竟是什么原因呢?
【胖福的小木屋|美国毅力号成功发射,为何它能比中国天问一号提前3个月登陆火星】其实和两者执行的航天任务相关 , 中国此次将用一次发射同时完成环绕、着陆、巡视(探索)3种探测目标 。
绕:轨道器环绕火星进行探测;落:着陆器软着陆于火星表面进行固定位置的地面探测、巡:巡视器(火星车)在火星表面进行不固定位置的巡视探测 。
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尽管美国进行过22次探测火星任务 , 其中8次火星登陆任务全部成功 , 迄今为止 , 成功登陆火星的探测器有8个:海盗一号、海盗二号、探路者、机遇号、勇气号、凤凰号、好奇号、洞察号 , 均为美国研制 。 但是美国从来没有尝试单次探测器同时完成环绕、着陆、巡视(探索)3种探测目标 。
此次美国毅力号也是直接进行登陆任务 , 所以在到达火星轨道之后 , 择机进行登陆 , 而中国“天问一号”则还要进行环绕探测任务 ,
天问一号环绕器(轨道器)在环绕火星探测期间 , 可以采集海量数据 , 全方位研究火星的磁场、大气层、重力场、水、浅层土壤等方面 , 将提供海量的数据 , 丰富我们对火星的认知 。
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中国没有选择和欧洲登陆火星的做法 , 就是在星后立即分离 , 着陆部分并不进入环绕火星轨道 , 虽然可以大大降低环绕器的制动变轨压力 , 但是因为给着陆留下的选择窗口太短,最终都着陆失败 。
所以天问一号的三个部分(着陆器、巡视器、环绕器)将会整体进入环绕火星的大椭圆轨道中 , 最不追求追求更消耗推进剂的圆形轨道 , 从而最大限度节省推进剂 , 这样 , 在接下来的2个多月时间里 , 环绕器通过自身的7个有效载荷 , 认真研究火星表面的情况 , 反复确认着陆地点和最优着陆窗口 , 从而更好保障登陆器可以更好登陆 。 此外 , 环绕器还能起到至关重要的信号中继作用 , 服务于降落在火星表面的着陆器和巡视器 。 这也是为什么中国“天问一号”要比“毅力号”晚登陆火星的原因 。
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此次“毅力号”火星车不仅携带了一辆无人直升机 , 还携带了共计23台照相机、火星制氧实验装置等 , 所以除了经费燃烧之外 , 体重也爆表 , 这台火星车重1025公斤 , 3米长 , 2米7宽 , 2米2高 。 可以说是类探测火星历史上最贵和最复杂的一辆火星车!
因为太重了 , 所以它的降落方式也有些特别 , 被称为“空中吊车”技术:
一个防热罩和降落伞将会减慢“好奇”号的下降速度 。 随后它会抛掉防热罩 , 接着在1500米的高度上与降落伞分离 , 留下探测车系在下降级的底部 , 下降级启动8台火箭引擎 , 载着探测车盘旋下降 。 接着“空中吊车”登场了:下降级放下系绳 , 使探测车缓缓向地面降低 , 同时车轮和车底支架展开 , 最后车轮安全触地 。 “好奇”号切断与母船之间的系绳 , 下降级随后倾斜一个角度 , 离开探测车 , 向数百米外的远处迅速飞去 , 直到燃料耗尽坠地 。
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