刚刚!中国航天器首次登上火星

2021-05-15 10:11:42 来源:EETOP

今天(5月15日)清晨,我国“天问一号”火星探测器着陆平台携带着祝融号火星车稳稳降落在首选落点——火星北半球的乌托邦平原(东经109.7度,北纬25.1度),标志着我国首次火星探测任务成功着陆。

着陆过程“步步惊心”全程靠“自主”!

自此,继苏联和美国之后,中国成为了第三个成功着陆火星的国家。

天问一号成功着陆

着陆点

为了这一天,这辆以中国神话传说中火神命名的小车,从地球出发跋涉数亿公里而来,绕着火星等待了足足三个多月。

据航天科技集团五院“天问一号”探测器产品保证经理饶炜介绍,“天问一号”探测器自2020年7月23日成功发射,精确入轨后,已按预定飞行程序在轨飞行了约295天;自2021年2月10日成功环绕火星后,相继完成了着陆区预探测、轨道维持、自检等关键飞行控制任务,期间,能源平衡,状态稳定,各分系统工作正常。

5月15日凌晨2时多,“天问一号”在火星停泊轨道上进入着陆窗口,随后探测器实施降轨,环绕器与着陆巡视器开始器器分离,继而环绕器升轨返回停泊轨道,着陆巡视器运行到距离火星表面125千米高度的进入点,开始进入火星大气,并最终软着陆在火星表面。

“天问一号”火星探测器从火星大气层外缘通过软着陆的方式降落到火星表面,整个着陆过程步步惊心,技术十分复杂。

天问一号着陆过程解析

着陆过程大致分为以下几个步骤。先是探测器瞄准进入火星大气层的一个狭窄的进入走廊,接着气动减速,然后火星专用降落伞展开;待降落伞完成使命后,探测器抛掉大底和背罩,露出着陆平台和火星车;大推力发机动开始工作,探测器观察地面,寻找最安全的具体着陆地点;最后四条着陆腿稳稳降落在火星表面。

整个过程,短暂又复杂,地面完全没有干预的机会,完全靠“天问一号”自主决定各个动作执行的时机。

更详细的着陆过程,按目前公布的时序来看,天问一号整个着陆过程经历六个阶段,从第二阶段直至着陆大约需要8-9分钟:

1)着陆准备段:环绕器调整姿态和轨道,与装着着陆巡视组合体的气动外罩分离;

天问一号成功着陆

图源:科普中国/Kerwis团队

2)气动减速段:气动外罩以4.8公里/秒的速度和合适的角度进入大气层,利用大气摩擦减速到460米/秒;

天问一号成功着陆

图源:科普中国/Kerwis团队

3)伞系减速段:在约11公里高度处打开降落伞,利用降落伞进一步减速到约95米/秒。这一阶段内还会完成一系列操作,包括抛掉底部隔热盾,打开着陆平台的着陆腿,抛掉背罩和降落伞等;

天问一号成功着陆

图源:科普中国/Kerwis团队

4)动力减速段:利用着陆平台底部的7500N发动机点火产生的反冲力,将速度进一步降到约1.5米/秒;

天问一号成功着陆

图源:CNSA

5)悬停避障段:在距离火星表面100米高度处将速度减到0,达到相对于表面静止的悬停状态,在这个状态下调整水平位置,避开脚下的障碍物;

6)缓冲着陆段:依靠着陆腿缓冲,着陆平台稳稳地落在火星表面。

后三个阶段和嫦娥三号、四号着陆过程是相似的。

天问一号成功着陆

天问一号的“恐怖八分钟” | 航天科技集团

天问一号的成功着陆,是中国航天史上新的里程碑,标志着中国已经掌握了安全着陆火星的一系列复杂技术,也意味着中国“后发先至”,在两度挑战火星着陆失败的欧空局之前完成了火星着陆,成为继苏美之后第三个成功着陆火星的国家/组织。

现在还只是天问一号的着陆平台踏上了火星,等再过几天,祝融号火星车将从着陆平台上驶下,开展巡视工作之后,这个纪录还能再次刷新:中国将有望超越苏联,成为继美国之后世界第二个成功着陆火星并顺利开展探测工作的国家/组织。

祝融号带了啥好东西?要做什么事?

火星车共携带了六种科学仪器:导航与地形相机(NaTeCam)、多光谱相机(MSCam)、火星表面成分探测仪(MarSCoDe)、火星车磁强计(RoMAG)、次表层雷达(RoPeR)和火星气象站(MCS)。

注意,这里说的都是“科学”仪器,事实上探测器还会携带诸多工程仪器,例如避障相机、监视相机、惯导装置等等。

天问一号成功着陆

祝融号火星车科学仪器大致位置。火星车高约1.85米,重240公斤。图中火星车外形与实物有一定差异

其中,一对导航与地形相机位于火星车桅杆顶端,是火星车的“双眼”,可以拍摄立体影像,负责帮助火星车导航和探测火星车沿途的地形地貌。

天问一号成功着陆

多光谱相机和表面成分探测仪负责探测和分析火星表面的岩石类型、矿物成分。

天问一号成功着陆

美国的好奇号和毅力号火星车各有一个炫酷的“激光炮”——它们的化学相机(ChemCam)和超级相机(SuperCam)使用了一种叫做激光诱导击穿光谱(LIBS)的技术。

祝融号的表面成分探测仪也用了这项技术:通过向目标物发射高能激光脉冲,探测烧蚀激发出的等离子体冷却过程中的特征光谱,进而远程探测出目标物的化学成分。

天问一号成功着陆

(左)好奇号化学相机(ChemCam)的工作原理示意图;(右)好奇号化学相机探测目标物中含有的化学成分示例 | NASA

祝融号火星车携带了2个磁强计,分别位于桅杆的顶端和底端,负责探测火星表面的磁场强度。

火星没有地球、水星那样内部自发的偶极磁场,但火星的壳层还有一些剩磁。

祝融号的探测结果既能帮助我们了解火星壳层剩磁的信息,也能与天问一号环绕器携带的磁强计探测结果相结合,帮助我们了解太阳风与火星高层大气/电离层的相互作用。

这也将是首个火星表面可移动的磁场探测仪器。

天问一号成功着陆

(上)火星全球探勘者号(MGS)在400公里高处获取的火星壳层磁场分布,火星剩磁有着明显的南北不对称性,主要分布在南半球

(下)祝融号火星磁强计传感器的结构和封装后的外观

次表层雷达通过主动发射和接收电磁波信号来探测火星车沿途地下的浅表层结构,例如风化层厚度、地下浅层结构、水冰分布等。

次表层雷达主要原理是:不同物质的介电常数(可以简单理解为让电磁波衰减的能力)不同,因此探测器收到的从不同物质分界面反射回来的电磁波的时间和强度就会不同;反过来,通过测量到的雷达接收时间和反射强度,就可以反推这些雷达信号穿过了哪些不同的物质,每层物质有多厚。

天问一号成功着陆

次表层雷达的工作原理 | 中科院电子所

与嫦娥三号、四号的测月雷达相似,祝融号也搭载了2个不同频率的次表层雷达,高频雷达探测浅部,低频雷达探测深部,这样可以兼顾探测深度和探测分辨率。

天问一号成功着陆

祝融号的低频和高频雷达天线

除了祝融号火星车,天问一号环绕器和NASA毅力号火星车也携带了次表层雷达。综合分析多个雷达的探测数据,可以帮助我们了解火星上不同区域、不同深度的次表层结构。

天问一号成功着陆

毅力号和天问一号环绕器的次表层雷达 | NASA、CNSA

火星气象站可以通过长期观测火星车附近的气温、气压、风速、风向等气象参数,为我们了解火星的气象状况,追溯火星的气候变化历史积累数据。

天问一号成功着陆

祝融号的火星气象传感器

火星气象站是火星着陆任务的常备组件,如今正在火星表面工作的好奇号火星车、洞察号着陆器、毅力号火星车,都在长期记录和播报所在地的气象数据。接下来祝融号的加入,会让火星气象网新增一个移动站点(说不定就叫“祝融站”呢~)

本文综合整理自:果壳网、人民网、科普中国、EETOP等

  1. EETOP 官方微信

  2. 创芯大讲堂 在线教育

  3. 创芯老字号 半导体快讯

相关文章

全部评论

  • 最新资讯
  • 最热资讯
X