美国“毅力号”首次成功登陆火星 恐怖7分钟发生了什么

2021年03月25日非诚

当地时间2月18日下午3点55分(北京时间今天凌晨4点55分)左右,美国“毅力号”核动力火星车经过6个多月的飞行,成功着陆在火星表面的杰泽罗陨石坑,正式开启探测未知之旅。整个着陆过程历时7分钟,被誉为“恐怖七分钟”(Seven Minutes of Terror)。

(图片来源:BBC中文)

这是继阿联酋的“希望号”探测器和中国的“天问一号”探测器之后,今年火星“三国演义”(阿联酋、中国、美国)下最后一个抵达火星的探测器,同时,这也是本次三个国家中最先着陆在火星表面的航天器。

而且,作为美国国家航空航天局 (NASA)来说,“毅力号”是其送往火星的第五辆火星车,也是迄今为止最复杂的火星车。

作为身价27亿美元的核动力火星车“毅力号”(Perseverance),其体积跟一辆小型四驱越野车差不多,重一吨,每天可以自动行驶200米距离,配备多台科学仪器和相机,以及两个麦克风和两个漫游机器人,还有一个精密致巧的传送系统用来把样本带回家。

惊心动魄的着陆七分钟

本次着陆前,“毅力号”需要经历穿越火星大气层抵达陆地的“恐怖七分钟”。过程包括进入大气层、降落伞开启、引擎驱动下降、起落架放下等步骤。由于信息传回地球需要11分钟左右的时间,所以科学家无法在这重要的危险7分钟降落过程中对其干预,而是完全依靠毅力号搭载的计算机独立完成最终的登陆,使得着陆过程难上加难。

事实上,着陆器分为两个部分:上面是一个拥有八个反推火箭的“空中吊车”,下面悬挂着毅力号火星车。

在今天的着陆7分钟过程中,携带“毅力号”的空中吊车以19.5万千米时速进入火星大气层。大气摩擦使得外壳温度最高上升到2100度。三分钟后,降落伞展开,弹出当热板。之后外壳背面分开,空中吊车下降速度随之迅速下降。

着陆前的最后几秒钟,一个火箭反推悬浮的吊车,把火星车吊挂着放在地面上。当火星车接触到地面后,空中吊车完成使命,探测车成功平稳降落到火星表面。而空中吊车切断尼龙绳和线缆,独自飞走坠毁。

值得一提的是,科研团队利用“距离触发”技术,将椭圆形预定着陆区的尺寸减小50%以上,让它降落到尽量接近目标区域的位置。并且,这一技术会让“毅力号”触发改变方向,选择更加安全的目标地点,从而释放下降飞行器的降落伞。如果探测器有可能错过目标区,就要提前开伞;如果可能无法抵达目标区,就要错后开伞。

迄今为止,所有火星探测任务中超过一半都以失败告终。此前NASA预测,本次任务安全着陆的概率仅有40%。不过,“毅力号”却成功实现着陆,这主要得益于23个摄像头等先进设备、美国航天技术的加持,以及此前2012年美国“好奇号”着陆火星的成功经验,其在火星上已经默默地、孤独地工作了大约8年。

毅力号顺利降落火星几分钟后,立即传回一张火星表面的影像到地球。这是“毅力号”在火星传回的首张着陆表面图片。

美国“毅力号”首次成功登陆火星 经历恐怖7分钟

“毅力号”成功登陆火星后传回的首张表面图(来源:NASA)

接下来,“毅力号”将在火星采集样本,并在39亿年前曾有湖泊存在的火山口寻找古老生命迹象的证据,探测时间为期一个火星年(687个地球日)。本次任务的关键是,科学家希望在地球上的实验室来研究样本,以确定那颗红色星球上是否存在或曾经存在过类似地球上的生命。

事实上,2020年被称为“火星年”,因为地球和火星距离最近,发射火星探测器需要的燃料最少。这个发射窗口每26个月出现一次。考虑到地球与火星的距离以及地球和火星绕太阳公转的速度,最佳的发射时间是去年10月14日“火星冲日”之前两个月左右。阿联酋“希望号”、中国的“天问一号”和美国“毅力号”则共同开启了这一轮火星探索周期。

对于此次成功着陆,美国现任总统乔·拜登(Joe Biden)发布推文祝贺NASA完成这一历史性创举,称“今天再次证明,凭借科学的力量和美国人的聪明才智,一切皆有可能。”

中国的“天文一号”计划三个月后着陆火星

随着NASA的火星车成功着陆浮出水面,太空爱好者很快将目光转向中国的“天文一号”飞行任务。

2月5日,国家航天局(CNSA)宣布,中国首次火星探测任务“天问一号”探测器已顺利传回在距离火星约220万公里处拍摄到的火星图像。这是中国的首幅火星图像,标志着中国航天史上的又一座里程碑。

此前,“天问一号”由长征五号遥四运载火箭从海南文昌航天发射场发射升空,成功送入预定轨道。截止到目前,“天问一号”已在轨飞行约200多天,距离地球约1.84亿公里,距离火星约110万公里,飞行里程已达到约4.65亿公里,探测器各系统现在都状态良好。

“天问一号”火星任务探测器模拟图(来源:人民网)

“天问一号”火星任务探测器模拟图(来源:人民网)

这艘重240公斤的“天问一号”探测器,承担了中国首次火星探测任务,其科学目标是实现对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等进行科学探测,进而有利于建立起对火星全面而基础的认识。中国计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆。从抵达目标轨道到登陆这段时间内,主要任务是考察评估火星大气层状况,为降落做准备。

与“毅力号“直接着陆不同,由于“天问一号”探测器既有环绕器又有着巡组合体,所以中国选择了不同的方案着陆火星,整个过程历时9分钟左右:通过完成“绕、着、巡”三步,以气动减速的方式,把探测器的速度从切入时的每小时2万公里减慢到类似于步行的速度,靠探测器自己判断和执行,距火星表面100米的时候测量安全着陆区,并将“起落架”着陆放下,在缓冲机构和气囊的保护环境中抵达火星表面。

2月10日,“天问一号”探测器顺利进入大椭圆环火轨道,实现第一步“绕”的目标,环绕火星获得成功。2月15日,“天问一号”探测器将轨道调整为经过火星两极的环火轨道。

根据国家航天局的计划,“天问一号”着陆的目的地是乌托邦平原(Utopia Planitia),这一广阔的北半球盆地很可能曾被流星撞击过,美国NASA的“海盗2号”(Viking 2)着陆器曾于1976年抵达这里。“天问一号”任务的目标之一是更好地了解该地区的水冰分布,未来火星的人类殖民者可以利用这些冰维持自身生存。

火星是太阳系内与地球环境最接近的行星,有稀薄的大气层,气压为地球的1%,局部最高温度甚至可达35摄氏度,当然平均温度还是比较低的,只有零下63摄氏度。此外,还封存有大量冷冻状态的水。因此,未来火星或将是唯一存在移民可能性的行星。另外,火星还可能存在像微生物这种低等生命的可能性。这也是世界各国热衷探索火星的重要原因。

此次任务之前,中国曾经在2011年借俄罗斯火箭之力将首颗火星探测器“萤火一号”送往火星,但因火箭芯片的设计问题,最终发射失败。不过,在那之后中国两次成功登月,尤其是2020年在月球背面软着陆成功,成为第一个完成此举的国家。

十年之间中国在航天领域大跨步前进,航天技术已经有了长足的进步。根据《人民日报》报道,中国载人航天工程办公室主任助理季启明表示,目前中国正在加紧太空站建设,计划在2022年在地球轨道上建立长期的太空站。

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