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中國火星探測器及火星車外形亮相 2020年下半年升空

鉅亨網 鉅亨網 2016/8/24 鉅亨網新聞中心

中國首次火星探測任務已正式立項並按計劃實施,昨 (23) 日公佈首個火星探測器以及火星車外形設計構型。據了解,中國將在 2020 年下半年發射火星探測器,預計在 2021 年「七一」之前抵達火星,着陸在靠近火星赤道的北緯低緯度地區。中國將一步實現對火星的「繞飛、着陸、巡迴」探測,這也是世界首次進行類似探測。

香港《文匯報》報導,距離地球最遠達 4 億公里的火星,是太陽系中與地球自然環境最為相似的行星,成為人類開展星際探索的首選目標。中國航天界呼籲多年的火星探測工程,終在今年 1 月 11 日正式立項。火星探測器計劃於 2020 年在海南文昌發射場,由長征五號運載火箭將火星探測器直接送入地火轉移軌道。

與其他國家以往的探火任務不同,中國將一次性實現「繞、落、巡」三項目標。中國首次火星探測任務工程副總指揮、探月與航天工程中心主任劉繼忠表示,不僅要實現環繞火星全球遙感探測,還要突破火星進入、下降、着陸、巡視、遠距離測控通信等關鍵技術,使我們真正進入深空,走近火星揭開她神秘的面紗。

據中國首次火星探測任務工程總設計師張榮橋介紹,中國的火星探測器在升空後,將進行長達約 7 個月的巡航飛行到達火星,隨後被火星引力捕獲,成為環繞火星飛行的探測器。經過繞飛一段時間後,着陸巡視器與環繞器分離,經過氣動外形減速、降落傘減速、反推發動機減速,展開着陸腿,緩衝着陸到火星表面。隨後,着陸器將釋放出火星車,開展巡視探測。環繞器在火星軌道上飛行,進行科學探測,並為火星車提供對地數據中繼服務。

「火星環繞探測器可以工作一個火星年也就是兩年時間,火星車則可以工作 3 個火星月,大約 92 天」,中國科學院院士葉培建說。目前,中國火星探測器的着陸地點並未確定,但大致在火星北緯低緯度地區,也就是靠近赤道附近。

張榮橋表示,火星探測工程自 2014 年 9 月已進入方案階段研製,通過 20 個月方案階段論證,已經轉入初樣研製階段。初樣的研製階段,約需持續 2 年多的時間。儘管工程研製難度很大,但推進較順利。

中國首個火星車如何能夠在地表複雜、環境惡劣的火星上實現自主巡迴探測,成為科學家們必須應對的挑戰。中國火星探測器總設計師孫澤洲表示,火星車在火星表面生存,需要面臨能源獲取困難、火星表面溫差大、火星距離地球遙遠等問題,火星表面還有沙塵暴等極端天氣,這都是重大挑戰。人類現有技術設計的火星車都無法完全應對這些困難,只能盡一切可能規避這些風險。

孫澤洲指出,火星車的生存首先要應對 3 個難題。第一,能量獲取問題。衛星、探測器的能量多來自於太陽能。而火星距離太陽較遠,太陽光照較弱,所以在火星上獲能量比較困難,必須想更多辦法來獲取能量。看外形就知道,火星車太陽翼的面積佔得很大,玉兔號月球車只有 2 個太陽翼,而火星車有 4 個。除太陽翼面積加大外,我們還在盡可能提高太陽翼產生能量的效果。

第二,是火星溫差問題。與月球的極冷極熱環境相比,火星表面白天的問題並不是很大,但夜晚溫度很低,達到零下 100 多攝氏度。此外,由於火星白天的陽光並不充足,獲取能量有限,如何在夜晚為火星車保溫,是一個重大挑戰。

第三,火星距離地球非常遠,而且火星車無法攜帶大型天線,也不可能攜帶很大功率的發射器,所以數據傳輸是一大難題。目前,中國的火星探測主要是靠火星探測器的軌道器作為數據中繼,將探測數據傳回地球。

此外,最怕遇到火星的沙塵暴,如果出現這種天氣,火星車通過陽光獲得的能量就更弱,所以必須設計自主休眠和喚醒模式,規避這種情況。

從 1960 年 10 月 10 日前蘇聯發射「火星 1960A」探測器至今,人類共組織實施了 43 次火星探測任務,成功或部分成功 22 次,成功率僅約 5 成。而且,受天體運行規律的約束,每 26 個月地球人才會迎來一次火星探測的有利發射時機,這意味着,從現在起到 2020 年前後僅有 3 次發射機會。

火星距離地球最近也有 5500 萬公里,是地球和月亮間距離的 140 多倍。孫澤洲表示,這樣遠的距離,對於探測器奔向火星時的準確入軌問題,以及對探測器的控制和測控,都是難點。

舉例說明,同樣強度的信號,從火星發射到地球接收,比從月球發過來接收要弱 100 萬倍。不僅是衰減,更致命的問題是信號延遲。張榮橋說,如果從地球發出指令,讓火星上的探測器做一個動作,指令將在 23 分鐘後才能到達,而探測器的執行反饋給地球又需要 23 分鐘。相當於在 40 多分鐘後,火星上的探測器才能接收到地球上的指令。

不僅是工程技術上的難度,火星還有着地球人無法想像的環境。無論是火星上微薄的大氣,還是不時侵襲的沙塵暴,火星上極為多樣的氣候、環境都將給探測帶來未知挑戰。這些未知數,正是科學探索的魅力所在。

好萊塢大片《火星救援》中,中國成為拯救行動中關鍵一環。電影雖拍得令中國人心潮澎湃,但在中美航天合作中的事情卻非如此。葉培建表示,《火星救援》這部電影既有科普又好看,但其中的中國元素只是商業目的,美國仍是航天交流的阻力。

他說,只要跟美國的航天搭上一點關係,中國就不能介入、不能參與。哪怕是歐洲,有些項目都會因為美國的壓力,而不跟中國人合作。至今想要到美國參加一些會議,都是難上加難。

孫澤洲也透露,中國本希望與其他國家在火星探測方面進行數據中繼等方面合作,但也被拒絕。然而,長期被西方國家封鎖的中國航天事業,終走出自主創新之路。他說,目前火星探測工程的基本關鍵技術已被攻克,工程使用的設備、研發團隊、知識產權都是中國人自己的,元器件國產化率也超過 90%。

中國首個火星探測工程名稱和圖標全球徵集活動正式啟動,官方期待通過徵名,促進民眾對火星探測重大意義的理解,並更好地展示火星探測工程的國家形象。

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