三年时间、天问一号都在火星发现了什么？
发布时间：2023-07-29 12:39:57 所属栏目：动态 来源：
导读：在七八月之间，我们迎来了中国成功飞向外太空的第三个年头——2021年7月23日，这得益于我国的第一个火星探查项目“天问一号”计划的顺利实施。在这三年里，天问一号实现了工程和科学两个领域的双
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在七八月之间，我们迎来了中国成功飞向外太空的第三个年头——2021年7月23日，这得益于我国的第一个火星探查项目“天问一号”计划的顺利实施。在这三年里，天问一号实现了工程和科学两个领域的双丰收，超额完成了既定任务。 着陆器与火星车合影。火星车行驶至着陆平台南向约10 米处，释放安装在车底部的分离相机，之后火星车退至着陆平台附近。分离相机拍摄了火星车移动过程和火星车与着陆平台的合影。图像通过无线信号传送到火星车，再由火星车通过环绕器中继传回地面。图片来源：国家航天局 “一举三得”创奇迹 2020 年 7 月 23 日，我国天问一号火星探测器升空，此后经过 202 天的飞行，于 2021 年 2 月 10 日成功进入火星轨道。2021 年 5 月 15 日，其上的着陆巡视器成功在火星表面着陆；同年 5 月 22 日，祝融号火星车安全驶离着陆平台，到达火星表面，开始巡视探测；6 月 11 日，国家航天局公布了由祝融号火星车在着陆火星后拍摄的首批科学影像图，这标志我国首次火星探测任务取得圆满成功。 这是我国行星探测工程的首次任务，实现了通过一次发射完成对火星的环绕、着陆和巡视三个目标，这在世界火星探测史上是前所未有的。 这种“一举三得”的探火方式，具有起点高、效益高，但挑战大的特点。其成功使我国深空探测能力和水平实现了跨越式发展，成为世界第三个在火星着陆的国家，第二个在火星巡视的国家。 根据火星探测技术的主要特点和中外空间探测的经验教训，我国事先为天问一号制定了既符合我国国情，又能跨越式发展的工程目标和科学目标。现在，天问一号已顺利完成了这两大目标。 科学目标： 研究火星形貌与地质构造特征； 调查火星表面土壤特征与水冰分布； 分析火星表面物质组成； 测量火星大气电离层及表面气候与环境特征； 探索火星物理场与内部结构，探测火星磁场特性。 工程目标： 突破火星自动捕获； 进入/下降/着陆； 长期自主管理； 远距离测控通信； 火星表面巡视等关键技术； 实现火星环绕探测和巡视探测； 获取火星探测科学数据 实现我国在深空探测领域的技术跨越。 该工程目标现已完成。 该科学目标也已完成。天问一号由环绕器、着陆巡视器组成，其中的着陆巡视器又由进入舱和火星车组成，进入舱用于完成火星进入、下降和着陆任务。天问一号总质量约 5 吨（含燃料），其中环绕器 3.6 吨（燃料重量占总重的大部分），祝融号火星车 240 千克，剩下的就是进入舱质量。 环绕探测建奇功 天问一号的环绕器设计寿命为 1 个火星年（合 687 个地球日）。它携带着陆巡视器前往火星，主要完成地火转移、火星制动捕获、轨道调整等任务，为火星车提供 3 个月的数据中继支持服务，并通过携带的科学载荷对火星开展约一个火星年的科学探测，实现对火星全球普查和局部详查。 环绕器具备三大功能： 飞行器；通信器；探测器。 其任务包括五个主要阶段： 地火转移；火星捕获；离轨着陆；中继通信；科学探测。 环绕器的主要科学任务是： 拍摄成熟的中国自动搜索首张火星全图；探测了解了火星土壤类型分布和结构，探测了解了火星表面和土壤中的地下水冰；探测火星地形地貌特征及其变化；调查和分析火星表面物质成分；分析火星大气电离层并探测行星际环境。 为此，环绕器携带了 7 台科学仪器： 用于获取火星全球遥感影像图的中分辨率相机； 用于对着陆区和高科学价值区域成像的高分辨率相机； 用于开展火星表面次表层结构、极地区冰层探测的次表层雷达； 用于探测火星表面的矿物种类、含量和空间分布情况的矿物光谱分析仪；用于探测火星空间磁场环境的磁强计； 用于对太阳风以及火星空间离子和中性粒子的能量、通量和成分进行测量的离子与中性粒子分析仪； 用于获取火星空间环境中能量粒子的能谱通量和元素成分数据的能量粒子分析仪。 天问一号环绕器获取的火卫一高清影像。图片来源：国家航天局环绕器目前仍正在火星轨道“超期服役”，因为可以获得更多的科学成果。 技高一筹游火星 环绕器的主要探测任务是对火星进行全球性、综合性的普查，而祝融号火星车的主要探测任务是对有科研价值的局部地区开展高精度、高分辨率的详细调查。祝融号高度有 1.85 米，重约 240 千克，用于在着陆区开展巡视探测，设计工作寿命 3 个火星月（合 92 个地球日）。 其主要科学任务： 探测火星巡视区表面元素、矿物和岩石类型；探查火星巡视区土壤结构并探查水冰；探测火星巡视区大气物理特征与表面环境，探测火星巡视区形貌和地质构造。 为此，祝融号火星车携带 6 台科学仪器： 导航/地形相机用于为火星车提供导航和定位依据，获取着陆区及巡视区高分辨率三维图像； 多光谱相机用于探测火星表面物质类型分布；次表层雷达用于探测巡视区次表层地质结构； 表面成分探测仪用于获取紫外至近红外谱段的高分辨率的光谱特征信息； 表面磁场探测仪用于探测巡视区局部磁场； 气象测量仪用于探测巡视区环境气温等气象环境。 祝融号是世界第一辆采用主动悬架技术的火星车，它在遇到复杂地形时可以把整车底盘提高。由于祝融号火星车的六个轮都能独立的转向和独立的行进控制，所以它还可以像螃蟹一样横着走。 获取能源有新招 由于远离太阳，火星表面的阳光强度只有地球的40%，所以火星车需要更大、更高效的太阳翼。为此，我国火星车采用了新颖的四展方案。火星车上的四片太阳翼展开之后像一只蓝色蝴蝶。 祝融号主要靠太阳翼发出的电能工作。但到了夜晚，该火车只能利用储存的电能继续工作。因为光能转换成电能效率为30%，所以光靠太阳翼还不能满足需求。为此，在祝融号车顶部装备了一种像双筒望远镜的集热窗，它可以直接吸收太阳能，利用一种叫做正十一烷的物质储存能量。 火星白天温度升高时，这种物质吸热融化，到了晚上温度下降，这种物质在凝固的过程中释放热能。这种能量转换方式的效率可以达到 80% 以上。 保温采用黑科技 由于火星到夜晚的时候气温到达零下，不同纬度、不同季节的夜晚气温不同，最冷能达到 -100℃。因此在夜晚必须为火星车保温。 祝融号采用了一种新型隔热保温材料——高性能纳米气凝胶，来应对火星上“极热”和“极寒”两种严酷环境，并且凭借其超轻特性极大地减轻了火星车的负担，可让它跑得更快，跑得更远。 纳米气凝胶的密度是世界上最轻的固体；其导热系数仅为静止空气的一半，是导热系数最低的固体。超低密度纳米气凝胶隔热板可用于阻隔火星表面低至 -120℃ 的极寒环境，也能阻隔着陆发动机产生的高达 1200℃ 的高温热流，其密度仅为常规气凝胶材料的1/10。 三年时间、天问一号在火星发现了什么？ 由导航相机拍摄的祝融号，镜头指向火星车尾部。图中可见火星车的圆形集热窗，太阳翼、天线展开正常到位；火星表面纹理清晰，地貌信息丰富。图片来源：国家航天局 排除万难落火星 我国天问一号火星探测任务的实施包括发射、地火转移、火星捕获、火星停泊、离轨着陆和科学探测六个阶段，其中最难的是着陆巡视器从火星轨道离轨着陆。 天问一号在距离火星约 220 万千米处曾创新性地“玩”了一次自拍。它采用“分离式监测方案”，即在合适的光照条件下“抛”出一个轻型相机对天问一号进行拍摄，并实时把图像传到探测器上，再传回地球。 2021 年 5 月 15 日凌晨 2 时多，天问一号在火星停泊轨道上进入着陆窗口，随后实施了降轨机动以及环绕器与着陆巡视器的分离。着陆巡视器运行到距离火星表面 125 千米高度时进入火星大气，依次完成配平翼展开（我国的一种新技术）、超音速降落伞开伞（我国的一种新技术）、大底分离、背罩分离、动力减速、悬停、避障及缓速下降、着陆缓冲等动作后，最终在火星表面软着陆。 着陆后，祝融号与着陆平台解锁分离。2021 年 5 月 22 日 10 时 40 分，祝融号驶离着陆平台，到达火星表面，开始巡视探测。 简单地说，着陆巡视器具体着陆过程也可分以下四个阶段。 一是气动减速段，即靠火星大气的阻力，把其速度从 4.8 千米/秒减速到 460 米/秒。 二是伞降减速段，即用降落伞，把其速度由 460 米/秒降到 95 米/秒。 三是动力减速段，即用大推力发动机，把其速度减小到 3.6 米/秒。 四是着陆缓冲段，即通过着陆巡视器上的 4 个着陆腿的缓冲作用在火星表面软着陆。 在整个落“火”过程中，由于地火距离非常遥远，使得地火通信延时单程超过 20 分钟。在落“火”过程中着陆巡视器和地面“指挥部”处于“失联”状态。它进入火星大气后要在 9 分钟时间内要自主完成 10 多个动作，每个动作都是一气呵成，环环相扣，不容得有半分的差错，但我国着陆巡视器一举获得了成功。 为火星探测器选择一个合适的着陆点也不是一件容易的事情，它必须满足两个最基本的条件：一是在工程上可实施；二是在科研上有价值。 经过综合考虑多种因素，我国火星着陆区在火星北纬 5°～30° 的乌托邦平原。乌托邦平原比较平坦，阳光照射条件也比较好。另外，乌托邦平原很可能是火星远古海洋的所在地，在那里着陆有利于探索和研究火星上是否存在生命这一当前火星探测的热门问题，所以有很高的科学价值。 另外，由于我国火星车采用太阳能电池供电，它所携带的用于导航和检测障碍的光敏感器也需要较好的光照条件，为此，祝融号着陆在纬度小于 30° 的乌托邦平原，因为这里阳光充足，昼夜温差较小，有利于祝融号工作。 因为火星距离地球遥远，而传输信号的强度与距离的平方成反比，天线的直径和探测距离成正比，所以必须使用天线直径很大的地面深空测控网。我国深空测控网包括佳木斯的 66 米直径天线测控站，喀什和阿根廷各有一个 35 米直径天线测控站等。 另外，我国主反射面直径 70 米的高性能接收天线已于 2021 年 2 月在天津武清投入使用。它是目前亚洲最大的单口径天线，工作频段为 S、X 和 Ku 频段，主要负责接收火星探测器传回的科学数据。这也是中国首次在火星上进行大规模的射电望远镜建设。 （编辑：聊城站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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