探月工程打基礎 2020年探測火星中國準備好了嗎?
發布時間:2019-03-28  來源:科技日報

  美國國家航空航天局(NASA)3月21日發布報告稱,在火星測溫受阻的”洞察”號火星探測器,作業已暫停近三周,故障原因仍未查明。

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圖為“旅居者號”離開“火星探路者號”進行探索時,美國國家航空航天局接收到的畫面。

  顯然,探測火星不是件容易的事??墑僑死嗵講饣鸚塹娜惹槿創游聰?。2019年全國兩會期間,全國政協委員、中國探月工程總設計師吳偉仁透露,2020年我國將發射探測器,實現對火星的環繞、著陸和巡視探測。中國火星探測任務工程總設計師張榮橋曾表示,首次火星探測任務一步實現“繞、落、巡”探測,這在國際上前所未有,難度極大。

  火星有什么魔力吸引人類前赴后繼?面對艱巨的挑戰,我們準備好了嗎?

  為人類尋找第二家園探路

  從兒時熟悉的“馬丁叔叔”,到近年熱映的《火星救援》,火星寄托著人類無數太空夢想,被視為人類“太空家園”的重要候選。美國SpaceX公司近年就提出了“火星移民”計劃,并設計了一次可以運送100人的火星火箭“BFR”。

  當然,要改造、建設并移居火星還為時尚早,但現階段對火星進行探測,也具有重要的科學意義。

  中國科學院國家天文臺研究員鄭永春認為,研究火星可以給人類帶來很多的啟示。他表示,火星和地球是太陽系里的“兄弟姐妹”,研究兩者的異同,互為參考,是極具價值的基礎研究。

  火星上是否存在或曾經存在過生命,這也是讓科學家牽腸掛肚的謎題。研究表明,遠古時代火星上曾有濕暖氣候和流動水;2018年,科學家在火星南極冰蓋下發現了液態水存在的證據。這增強了人們尋找火星生命的信心,也讓人們看到了在火星上生活的希望。

  此外,對火星本底磁場長期演變的探測,對研究地球磁場的長期演化具有重要借鑒意義;對火星地形、地貌特征與分區,表面物質組成與分布等開展研究,則有助于了解火星的起源與演化。

  我國首個火星探測器搭載了13臺科學載荷,將探測火星的形貌、土壤、環境、大氣,研究火星上的水冰分布、物理場和內部結構。

  全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩表示,如果這次任務成功,我國將進一步實施火星表面采樣返回任務,最終實現對火星從全球普查到局部詳查、著陸就位分析,再到樣品實驗室分析的科學遞進。龐之浩介紹,我國火星探測計劃總體科學目標包括研究確定火星著陸和生命存在的條件與地區,火星土壤特性及其水冰、氣體與物質組成,火星大氣及氣候特征,火星地質特征、演化與比較行星學等。

  探月工程為探火任務奠定基礎

  要實現上述目標,首先得到達火星,這一過程困難重重。

  首先要突破的是遙遠的距離?;鸚薔嗟厙蜃罱幣燦寫笤?000萬公里,而探測器抵達火星需要飛行幾億公里,對發射、軌道、控制、通信和電源等技術都有很高要求。記者了解到,我國將用目前國內推力最大的長征五號運載火箭發射火星探測器,將其直接送入地火轉移軌道。

  由于距離遙遠,測控通信也非易事。不過北京航天飛行控制中心副主任李劍曾表示,我國已具備上億公里深空測控的能力,完全能支持火星探測。

  與飛行相比,探測器在火星下降著陸的難度更大,過去許多探測器都在這一階段功虧一簣。龐之浩說,進入火星大氣時,探測器能接收到的遙測信號十分微弱;當它運行到火星背面,在地球上無法準確獲取其軌道參數;通信延時也會造成很大影響。因此火星著陸過程完全需要探測器自主完成,整個過程被稱為“恐怖7分鐘”。

  中國航天科技集團公司八院院長代守侖介紹,火星大氣密度僅為地球的百分之一,著陸器進入大氣后,以每小時兩萬公里的速度“撞”向火星,需要通過氣動外形、降落傘、反推發動機等多種措施逐級減速,才能安全著陸。

  全國政協委員、中國航天科技集團十一院研究員周偉江此前透露,我國火星探測器已完成氣動外形設計,以及氣動力、氣動熱設計工作,正在進行試驗驗證。此外,我國于2016年首次完成了縮比火星降落傘高空開傘試驗,驗證了降落傘的充氣性能,獲取了降落傘氣動力數據。

  即使能成功降落,火星巡視器還要接受復雜、惡劣環境的考驗。2018年,美國機遇號火星車遭遇沙塵暴而停止工作,于今年2月被宣布“陣亡”。

  應該說,在探測火星方面,我國還是“新生代”。不過,十多年來我國開展了五次探月活動,全部取得成功,對深空探測領域的軌道設計、探測器自主導航控制、深空測控通信等關鍵技術進行了驗證,同時積累了豐富的經驗。

  這次任務能否成功,我們還需拭目以待。如果成功,它將成為我國繼探月之后深空探測任務的“敲門磚”。據國家航天局系統工程司副司長趙堅介紹,后續至2030年前后,我國還將實施小行星探測、火星取樣、木星系探測及行星穿越等深空探測任務。(科技日報)