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探月工程打基础 2020年探测火星中国准备好了吗?

时间:2019-03-28 10:48:58 来源:科技日报

  美国国家航空航天局(NASA)3月21日发布报告称,在火星测温受阻的”洞察”号火星探测器,作业已暂停近三周,故障原因仍未查明。

  图为“旅居者号”离开“火星探路者号”进行探索时,美国国家航空航天局接收到的画面。

  显然,探测火星不是件容易的事。可是人类探测火星的热情却从未熄灭。2019年全国两会期间,全国政协委员、中国探月工程总设计师吴伟仁透露,2020年我国将发射探测器,实现对火星的环绕、着陆和巡视探测。中国火星探测任务工程总设计师张荣桥曾表示,首次火星探测任务一步实现“绕、落、巡”探测,这在国际上前所未有,难度极大。

  火星有什么魔力吸引人类前赴后继?面对艰巨的挑战,我们准备好了吗?

  为人类寻找第二家园探路

  从儿时熟悉的“马丁叔叔”,到近年热映的《火星救援》,火星寄托着人类无数太空梦想,被视为人类“太空家园”的重要候选。美国SpaceX公司近年就提出了“火星移民”计划,并设计了一次可以运送100人的火星火箭“BFR”。

  当然,要改造、建设并移居火星还为时尚早,但现阶段对火星进行探测,也具有重要的科学意义。

  中国科学院国家天文台研究员郑永春认为,研究火星可以给人类带来很多的启示。他表示,火星和地球是太阳系里的“兄弟姐妹”,研究两者的异同,互为参考,是极具价值的基础研究。

  火星上是否存在或曾经存在过生命,这也是让科学家牵肠挂肚的谜题。研究表明,远古时代火星上曾有湿暖气候和流动水;2018年,科学家在火星南极冰盖下发现了液态水存在的证据。这增强了人们寻找火星生命的信心,也让人们看到了在火星上生活的希望。

  此外,对火星本底磁场长期演变的探测,对研究地球磁场的长期演化具有重要借鉴意义;对火星地形、地貌特征与分区,表面物质组成与分布等开展研究,则有助于了解火星的起源与演化。

  我国首个火星探测器搭载了13台科学载荷,将探测火星的形貌、土壤、环境、大气,研究火星上的水冰分布、物理场和内部结构。

  全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩表示,如果这次任务成功,我国将进一步实施火星表面采样返回任务,最终实现对火星从全球普查到局部详查、着陆就位分析,再到样品实验室分析的科学递进。庞之浩介绍,我国火星探测计划总体科学目标包括研究确定火星着陆和生命存在的条件与地区,火星土壤特性及其水冰、气体与物质组成,火星大气及气候特征,火星地质特征、演化与比较行星学等。

  探月工程为探火任务奠定基础

  要实现上述目标,首先得到达火星,这一过程困难重重。

  首先要突破的是遥远的距离。火星距地球最近时也有大约5000万公里,而探测器抵达火星需要飞行几亿公里,对发射、轨道、控制、通信和电源等技术都有很高要求。记者了解到,我国将用目前国内推力最大的长征五号运载火箭发射火星探测器,将其直接送入地火转移轨道。

  由于距离遥远,测控通信也非易事。不过北京航天飞行控制中心副主任李剑曾表示,我国已具备上亿公里深空测控的能力,完全能支持火星探测。

  与飞行相比,探测器在火星下降着陆的难度更大,过去许多探测器都在这一阶段功亏一篑。庞之浩说,进入火星大气时,探测器能接收到的遥测信号十分微弱;当它运行到火星背面,在地球上无法准确获取其轨道参数;通信延时也会造成很大影响。因此火星着陆过程完全需要探测器自主完成,整个过程被称为“恐怖7分钟”。

  中国航天科技集团公司八院院长代守仑介绍,火星大气密度仅为地球的百分之一,着陆器进入大气后,以每小时两万公里的速度“撞”向火星,需要通过气动外形、降落伞、反推发动机等多种措施逐级减速,才能安全着陆。

  全国政协委员、中国航天科技集团十一院研究员周伟江此前透露,我国火星探测器已完成气动外形设计,以及气动力、气动热设计工作,正在进行试验验证。此外,我国于2016年首次完成了缩比火星降落伞高空开伞试验,验证了降落伞的充气性能,获取了降落伞气动力数据。

  即使能成功降落,火星巡视器还要接受复杂、恶劣环境的考验。2018年,美国机遇号火星车遭遇沙尘暴而停止工作,于今年2月被宣布“阵亡”。

  应该说,在探测火星方面,我国还是“新生代”。不过,十多年来我国开展了五次探月活动,全部取得成功,对深空探测领域的轨道设计、探测器自主导航控制、深空测控通信等关键技术进行了验证,同时积累了丰富的经验。

  这次任务能否成功,我们还需拭目以待。如果成功,它将成为我国继探月之后深空探测任务的“敲门砖”。据国家航天局系统工程司副司长赵坚介绍,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深空探测任务。

(责编:方洁)

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