邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[太空探索]列星安陈:中国的“天问”(下)

郑永春

2020-08/总第293期

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一步跨过五十年

一口吃不成大胖子,罗马也不是一天建成的。如果你了解一下火星探测的发展历史,大概会对人类探测火星的艰难历程有比较深刻的印象。为了探测火星,科学家“谨小慎微”,经历了小心翼翼的试探—失败—再试探—再失败的过程。人们先是派探测器飞越火星,利用近距离“照面”的机会,给火星拍几张照片传回地球。然后,人们尝试让探测器环绕火星,当飞抵火星附近时,“踩下刹车”进行减速,成为轨道器。此后,人们尝试让探测器穿越火星大气层,降落在火星表面。再后来,人们不满足于待在原地不动的着陆器,才有了能在火星表面游走巡视的火星车。

在天问一号之前,美国、俄罗斯、欧洲都发射了各自的火星探测器。2013年,印度成为亚洲第1个发射火星探测器的国家。作为一个崇尚创新的民族,天问一号绝不是亦步亦趋之物,它要开展一次前所未有的技术挑战,那就是在同一次任务中,利用轨道器、着陆器、火星车这“三件套”,直接完成“绕、落、巡”3项使命。考虑到天问一号是中国第1个自主研制的火星探测器,这种自我加压的任务设计,堪称难度极大的“三级跳”,令世人讶异。你或许会担心,这样大的技术跨越难道不会显得有些莽撞吗?但我知道,以严细慎实著称的中国航天人不打无准备之仗,他们已经对这次任务的各个环节都作好了充分的准备。

天问一号虽然已经成功发射,但它的漫漫征途才刚刚开始。之后,天问一号要经过长达4亿千米的飞行,从地球轨道转移到火星轨道。接近火星之后,以每秒4〜5千米的高速,从距离火星表面400千米的地方掠过。其间,它有大约半小时的时间窗口用来刹车,让自己减速到可以被火星的引力俘获,成为火星的人造卫星。在这个环节,地球和火星之间的距离遥远,无线电信号以光速传播也要10多分钟后才能抵达,所以,天问一号无法指望实时接收来自地球的指令,它只能靠自带的设备主动判断自身的位置、速度和姿态,并给出正确的制动参数。用于减速的反推发动机在恰当的时刻被点燃,持续燃烧约15秒后及时熄灭,以实现“绕”的目标。

而要降落在火星表面,天问一号要和“前辈”们一样,穿越火星大气层,经历独自面对的“恐怖7分钟”。虽然,全世界除了美国之外,还没有其他国家成功登陆过火星。但是,中国在无大气层的月球着陆方面,已经有了嫦娥三号、嫦娥四号的宝贵经验。而且,天问一号的轨道器将为着陆器提供信号中继,助它一臂之力。着陆器以稳妥为先,综合采用了多种减速方式,先后利用火星的稀薄大气摩擦减速、降落伞风阻减速、反推火箭动力减速、弹性着陆腿缓冲,尽最大可能确保“落”的目标安全达成。

天问一号的着陆巡视组合体包括两个部分,即火星车及其着陆平台。火星车的名字目前还在征集中,但它的装备已然相当齐全。既有鉴定矿物成分用的多光谱相机,又有探测火星磁场的磁强计、搜寻地下冰层的测地雷达、收集气象参数的气象探测包等。它拥有4块太阳能电池板,桅杆上装有判别周围地形的全景相机,预计至少能在火星表面工作90天,最大行驶速度约每小时40米。诚然,它的各项技术指标与毅力号相比,还有一定的差距,但只要一切顺利,第1次探测火星就打包完成“绕、落、巡”的荣耀已经值得载入火星探测史册。


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