文章插图
天问一号发回的首张近距离火星照片 | CNSA
火星 ， 太阳系里的那颗红色行星 ， 最近宾客盈门 。
先是2月9日 ， 阿联酋的希望号探测器抵达火星 ， 制动进入环绕轨道 。
1天后 ， 中国的天问一号也顺利泊入环火轨道 。 虽然携带了着陆器和巡视器 ， 但天问一号要先对火星勘察大约3个月 ， 然后才会择机登陆火星 。
而北京时间明天凌晨 ， 美国的毅力号也将抵达火星 。 与希望号和天问一号不同 ， 毅力号不会环绕火星 ， 而是会直接降落 。
于是 ， 2021年首场登陆火星大戏 ， 将由毅力号火星车上演 。
文章插图
毅力号还携带了机智号无人机 ， 这将是直升机技术在地球以外的首次应用| NASA
黑色七分钟
登陆火星 ， 绝非易事 。
火星拥有大气 ， 因此着陆可以像在地球一样 ， 使用空气阻力和降落伞结合的方式来减速 。 但火星大气十分稀薄 ， 平均密度不足地球的1% 。 降落伞所能减到的最终速度依然很大 ， 必须通过主动的动力制动减速 ， 才能安全降落到火星表面 。
根据着陆地区高度和地貌的不同 ， 从进入火星大气层到最后落地 ， 着陆器登陆火星的过程总时长仅为7-8分钟 。
文章插图
毅力号着陆的过程包括1000多个动作 ， 这一切需要在7分钟左右精准完成 | NASA
而此时此刻 ， 火星距离地球超过2亿千米 ， 从地球到火星单程通信时延超过11分钟 。 这意味着 ， 着陆器登陆火星的过程不可能由地球上人工控制 ， 只能依靠着陆系统自主完成 。
因此 ， 登陆火星的过程又被描述为“黑色七分钟” ， 甚至“死亡七分钟” 。
文章插图
毅力号将直奔火星 | NASA
在抵近火星后 ， 火星车会最后一次与地球通信 ， 确保各系统正常工作 。 随后 ， 提供通信和动力的模块脱离 ， 火星车将直奔火星大气层而去 。
在此过程中 ， 姿态控制喷气发动机将开始工作 ， 严格控制着陆轨迹的角度与方向 。 如果角度过大 ， 闯入大气层产生的热量就会超过隔热层的极限 ， 着陆器会烧毁；如果角度过小 ， 着陆器则像打水漂一般会滑入深空 ， 错过这唯一一次登陆火星的机会 。
角度调整完毕 ， 受到保护的火星车在火星上空约100千米处径直闯入火星大气层 ， 速度超过5000米/秒 。
“死亡七分钟”正式开始！
文章插图
被严密保护中的毅力号冲进火星大气| NASA
层层减速
下面以曾经的好奇号的实际数据为例描述整个着陆过程 ， 毅力号的过程将与之类似 。
距离火星表面45千米高度 ， 火星车隔热层的热量达到巅峰 ， 温度将达到惊人的2100℃ 。
在内部高科技保护和外部隔热层的巨大牺牲下 ， 火星车所处的温度仅为10℃左右 。
在这个过程中 ， 大气也帮着陆器实现了减速效果 ， 将它的速度降到450米/秒左右 。
文章插图
毅力号打开降落伞 | NASA
距离火星表面11千米高度 ， 着陆系统将打开巨大的降落伞 ， 直径15米 ， 高50米 ， 是人类在其他行星上用过的最大降落伞 。
降落伞撑开75秒后 ， 火星车的速度终于降到了仅有90米/秒 。
这已经是隔热大底和降落伞拼尽全力工作的极限 ， 但依然快得足以让火星车摔得粉身碎骨 。
还不够慢 ， 需要进一步减速 。
文章插图
三代火星车尺寸对比 ， 毅力号的大小与图中最右的好奇号相同| NASA
这最后一步减速 ， 不同的火星车可谓各显神通 。
NASA的第一代旅居者号火星车 ， 个头只有微波炉大小 ， 以验证技术为主 ， 由探路者号着陆器携带着降落到火星表面 。
勇气号和机遇号火星车 ， 体型超过200千克 ， 携带的仪器相对复杂 ， 采用火箭反推和气囊弹跳完成最后的减速 。
而毅力号 ， 体型甚至大于好奇号 ， 重量超过1000千克 ， 必须动用NASA的行星着陆最高科技才有可能安全登陆火星 。
这种黑科技 ， 称为空中吊车 。
文章插图
空中吊车助毅力号最终减速 | NASA/JPL
空中吊车
空中吊车在2012年好奇号登陆火星时首次亮相 ， 惊艳世人 。 毅力号火星车将使用升级版空中吊车技术 ， 完成登陆火星的最后一步减速 。
在与降落伞脱离之后 ， 安装在火星车上方的空中吊车将启动8枚强力反冲火箭 ， 将降落速度减至几乎为0 。 这个过程中 ， 火星车会被空中吊车护在中心 。
靠近地面时 ， 空中吊车低空悬停 ， 用三根最长可达7.5米的尼龙绳将火星车悬吊下来 。 另外有一根“脐带”电缆与火星车相连 ， 负责信号和控制指令的传输 。
文章插图
空中吊车技术帮助毅力号完成登陆火星的最后一步 | NASA/JPL
火星车的结构和动力系统逐渐展开 ， 底部传感器通过“脐带”向空中吊车报告实时状态 。 一旦感应到火星车稳定触地 ， 尼龙绳和电缆会在瞬间被切断 。 完成任务的空中吊车会用尽所有的能量 ， 有多远飞多远 ， 最终坠毁在远方 。
整个过程就相当于把一辆家用小轿车从迪拜塔上扔下来后 ， 中途启动空中吊车 ， 悬停避障并稳稳地把小轿车安放在地 ， 同时还不触发轿车的防盗报警系统 。
难度之大 ， 可想而知 。
毅力号空中吊车技术会进行进一步升级 | NASA
不仅如此 ， 由于毅力号的预定着陆区域处在远古河流的三角洲区域 ， 地形地貌复杂 ， 它的空中吊车还集成了高度智能 ， 能够自主规避风险区域 ， 选择最优路径 ， 将火星车放到最理想的地点 。
如果说好奇号的空中吊车可以将它从迪拜塔安全“扔到”地面上 ， 那毅力号的空中吊车则可以将它精准“扔到”停车位里 。
文章插图
毅力号火星车的预定登陆地点 | NASA/ESA/Justin Cowart
如果一切顺利 ， 北京时间明天凌晨4点55分 ， 毅力号将降落在火星杰泽罗陨击坑内一处明显的三角洲冲积扇附近 。
数十亿年前 ， 这里曾是一片泽国 。 如果火星上真的出现过生命 ， 这里应该最有希望能够找到远古生命的遗迹 。 这也正是毅力号火星车前往那颗红色星球的首要目标之一 。
预祝毅力号登陆火星成功！
作者：太空精酿
编辑：Steed
一个AI
【火星|死亡七分钟！毅力号明天凌晨登陆火星】史上最昂贵火星车 ， 能换50吨黄金呢！就这么扔去火星了……
推荐阅读
- 糖尿病|这根血管堵了，离死亡最近！三个预警信号，糖尿病患者尤其要注意！
- 火星|拍摄11064张照片后，火星毅力号看到了什么？这次还真看到了
- 埃隆·马斯克|马斯克薛其坤对谈：火星地球各有生存之道
- 火星|首批来自火星的声音：NASA公布“毅力号”录制音频
- 火星|火星的水资源没有流失！科学家苦寻多年，原来藏在火星地下
- 火星|火星水的“消失”之谜解开？或有多达99％如今藏在火星地壳中
- 火星|火星上的“莱特兄弟时刻”
- 火星|毅力号在火星上有了新的发现，古生物真的存在
- 肝硬化|得了肝硬化，千万别大意！这样做，大大降低死亡率
- nasa|NASA超重型运载火箭完成关键测试，将用于重返月球和登陆火星