第一次就成功!在人类航天史上,着陆火星icon成功的概率不足50%,只有美国和俄罗斯完成过火星着陆,不过美俄也是从飞掠、环绕等相对简单的任务,一步步过度到实现火星着陆。而如今中国天问一号仅用一次任务就完成了“绕和落”,落地后就会开始执行“巡”的任务。这也使得中国继美国之后第二个完成火星漫游的国家,俄罗斯至今都未完成这一点。更重要的是,我国是在没有任何外界帮助的情况下,甚至是在被欧美等国家技术封锁的情况下,我国自主研发的航天项目,各个技术难点都是由中国的科研团队独立完成。从这方面来看,这一次的火星探索任务的成功,意义非常重大。
「我们的征途是星辰大海」
回顾在我国航天事业发展的70年历史长河中,中国航天人为之付出的努力可谓艰难中突破,奋斗中有收获!
曾几何时,在航天研发过程中,研发少技术,理论缺实践。但我国航天人迎难而上,集中力量攻重点,优势互补显其能。
我国航天人完全是靠“艰苦奋斗、自力更生”八个字精神实现了中国的飞天梦想!
航天事业发展初期,我国经济实力有限,无论工业基础还是科技水平,还处在落后阶段:技术力量薄弱,物质条件匮乏,试验设施简陋,但我国航天人发挥自身的聪明才智,反复试错,持续耕耘,研发出许多令人振奋的替代技术。
正所谓:沿着没条件也要创造条件的探索之路,一路披荆斩棘,实现了一个又一个突破。
当外国技术封锁时,我国航天人不断自力更生提高火箭发射能力,一路跻身国际商业发射市场。事实上,正是凭借我国航天人身上的一股子“狠劲儿”,我国能够根据国际商业发射的要求,利用先进的科技手段,对长征运载火箭进行持续研发,让一批新型火箭在不断探索中冲上云霄。
科技是兴国,强国的关键支撑!在我国的航天事业发展中,科技能让不可能变为可能;能让我国航天人看到他们每一次努力的进步。
动画模拟天问一号着陆过程
5月15日,天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。2分钟动画模拟着陆全过程↓↓(人民日报)
天问一号的着陆地点位于火星北半球的乌托邦平原,着陆器上搭载的是我国“祝融”号首辆火星车。为什么选择在这里着陆呢?
乌托邦平原(Utopia planitia)位于火星的北半球,是火星上的最大平原,大小约3300公里。
一是因为工程风险低。由于该地区地势平坦,陨石坑较少,地质年龄较轻,地壳较薄,对着陆器着陆和后续的科学探测非常有利。
二是因为科学价值高。人类登陆火星,其中一个非常重要的目的是寻找火星上的生命痕迹,科学家认为,在远古火星,乌托邦平原很可能是海洋覆盖的地区,天问一号着陆地点(东经110.318度,北纬24.748度)位于远古海洋与陆地交界处。1972年,美国海盗二号着陆器也选择在该地区着陆。
着陆火星分几步?
(1) 大家知道,成功软着陆火星是一项十分具有挑战性的任务。在以往的着陆探测任务中,只有美国取得了不错的成绩,目前已经有9次成功着陆了。而欧空局和俄罗斯的着陆尝试,大都以失败而告终。
(2) 我国天问一号火星探测任务中,祝融号火星车的成功着陆,要几步呢?三大步、七小步!
(3) 三大步(EDL):进入、降落、着陆;七小步:降轨、分离、气动减速、伞降减速、动力减速、悬停避障、着陆缓冲。下面介绍7小步。
① 降轨:探测器建立降轨姿态,轨道器发动机点火,降低近火点高度,使天问一号进入近火点50公里、远火点27700公里的大椭圆轨道。
② 分离:在距离地面125公里处,实现轨道器和着陆器分离。设此时的时间为进入大气T0时间。两器到达安全距离后,轨道器立即点火,抬升轨道,实现近火点265公里、远火点 15,000km、倾角87.7°的中继轨道。轨道器升轨同时,实时拍摄监测着陆器的下降过程。
③ 气动减速:两器分离后,着陆器调整姿态,防热大底朝前,沿着进入火星大气的轨道滑行,以-11.2°的飞行路径角切入火星大气,此时速度大约4800m/s。随后开始升力体制导,展开配平翼。随着防热大底和大气不断摩擦,飞行器速度逐步降低,此阶段为纯气动减速段,消耗将近90%的速度。
④ 伞降减速:进入大气层后283s,速度降到460m/s,超音速减速伞打开,此时高度约11公里,飞行路径角为-23.3°。减速伞使用盘缝带设计伞。进入大气层后325s,速度降到250m/s,高度约9km,飞行路径角-67.1°,抛防热大底。由于脱离了降落伞减速,防热大底将以更大的速度下降,逐步和着陆器脱离。
进入大气层后370s,速度降到90m/s,高度约1.5km,着陆器同背罩分离,降落伞拉着背罩脱离着陆器。
⑤ 动力减速:在着陆器同背罩分离同时,发动机点火,对地雷达随机开机,着陆缓冲机构展开。变推力发动机开机逐步减小着陆器下降的速度,同时保持姿态稳定。
⑥ 悬停避障、缓速下降:通过调整发动机推力,使着陆器在高度100米时速度控制在0m/s达到悬停的目的,同时着陆器下方对地相机拍摄下方图像,自主分析并选择相对平整适宜着陆的点。调整着陆器姿态前往着陆点开始下降高度。
⑦ 着陆缓冲:进入大气450秒,着陆器缓缓降落在火星表面,此时垂直速度小于3.6m/s,水平速度小于0.9m/s,通过着陆腿的缓冲机构抵消剩余的动能。
以前说过,从分离到着陆,历时400多秒,被称为恐怖七分钟。由于地火之间距离遥远,上述所有步骤都要着陆器自己完成,地面无法干预。祝融号的成功着陆,意味着中国的深空探测能力,又向前迈出了一大步,无疑是一件里程碑的事件
资料来源:SS_papa 全球航天事件
图1. 进入大气层,气动减速
图2. 动力减速
祝融号火星车为何要等三个月才着陆火星?
(1)今天(5月15日)早上7时17分,天问一号已经成功将祝融火星车投放到火星表面,实现了我国深空探测一个质的飞跃!所有国人都为之感到骄傲!!!
(2)大家在祝贺天问一号火星探测器将祝融号火星车安全着陆到火星表面时,一定也在想,从天问一号在2月10日成功入轨火星,到火星车着陆,时间跨度达3个月,而不像NASA的火星2020任务,在进入火星轨道后就直接将毅力号火星车投放到火星表面?
(3)这是因为我们的天问一号与火星2020任务性质不同,需要做的着陆准备工作也不同,因此着陆前的准备时间就自然不一样了。
(4)先看火星2020任务,它只是通过投放到的火星表面的火星车开展工作,没有环绕探测的任务。这也已经是美国的第9个着陆探测,而且现在有3个轨道器在环绕火星工作。因此,NASA在已经多预选着陆区开展大量预先调查,例如高分辨率的照相获得安全着陆点的位置,不需要本次任务给降落提供支持。这些环绕器同时被用作“毅力号”与地面的通讯传输。再者,美国在火星着陆方面,已经积累了很多次成功的经验,因此这次任务就可以“一步到位”,快速投放“毅力号”火星车了。
(5)而我们的天问一号与之差别很大,在任务方面,我们要同时完成环绕和着陆巡视探测,这是全世界也是首次。
(6)也就是说,天问一号,不仅仅是投放火星车进行火星探测,还包括了一个环绕探测器。在投放火星车之前,火星车、着陆平台和环绕器这三件套是捆绑在一起的。天问一号进入火星轨道后,要先期开展环绕探测试验。还要为祝融号寻找安全的着陆地点。
(7)天问一号如何为祝融号寻找安全着陆点呢?就是要首先对预选的着陆区开展高分辨率的拍照,避开不适宜着陆的地形,做到“地利”。这个工作要花不少的时间。而美国在毅力号着陆之前,已经提前做好这个工作。
(8)除了要查明着陆地点的地形外,还要选择合适的“天气”,也就要看“天时”。只有在“天时地利”条件都具备时,才能把着陆的风险降到最低。这个天时,主要就是要避开火星尘暴发生的时间,这个时间大致在3月-8月,也就是火星的春夏之交,5月是一个比较适宜的时间点。
(9)在探测器完成各种试验、为着陆点寻找安全地点,再考虑避开火星尘暴的影响,时间就来到了5月。
(10)这次天问一号任务在工程方面非常圆满,一切都在掌控之中。也让我们一起期待更多的科学探测成果。
图1 祝融号火星车
图2 祝融号着陆点
恭喜!“祝融号”成功发回遥测信号,天问一号成功着陆火星
据国家航天局消息,北京时间2021年5月15日上午8点20分左右,“祝融号”成功发回遥测信号,我国天问一号着陆器确认成功降落火星,着陆地点位于火星北半球的乌托邦平原,着陆器上搭载的是我国“祝融”号首辆火星车,这是我国首次实施火星着陆任务。 你知道这次着陆有多难吗?火星着陆持续时间受一系列因素影响,如冲入火星大气的速度、角度、地点和时间,着陆地点的地形地貌特点(尤其是高度),着陆期间的气象条件,具体着陆技术方案和细节等,总体着陆时间在7-10分钟不等。“祝融号”选择的着陆区是高度较低的乌托邦平原,总着陆时间在9分钟左右,因此被叫做“恐怖九分钟”。 天问一号成功着陆标志着中国成为继苏联、美国后第三个成功着陆火星的国家,也是首次火星探测即实现着陆的国家。 后续至2030年前后,我国还将实施小行星探测、火星取样、木星系探测及行星穿越等三次深空探测任务。 近年来,中国的深空探索行稳致远。我们的征途是星辰大海,我们的梦想像岩浆般滚烫,加油,把更多“乌托邦”变为美好现实!