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登陆火星最难是降落,美国用气囊解决,中国的技术明显更强

登陆火星最难是降落,美国用气囊解决,中国的技术明显更强。

登陆火星有多难?在一个特定地点、特定时间登陆火星,无异于在行星间来个高尔夫球的“一杆进洞”。

首先,火星是一个快速移动的目标。根据火星与地球的相对位置,这颗红色行星距离地球0.54亿~4亿千米,以每小时8万多千米的速度绕太阳运行。

当地球和火星相互距离最近时,两颗行星之间的旅行时间通常也要6个月。但星际旅行最危险的环节并不来自这6个月,而是来自旅行结束时航天器进入火星、下降和在火星表面着陆(如果运气好的话)那6分钟造成的恐惧感。

在旅程中,火星着陆器装在一个由两部分组成的减速伞里。这是一种类似蚕茧的减速伞,正面有一个隔热罩,另一面有一个背壳。

当航天器接触到火星大气时,它以超过音速16倍的速度在太空中飞行。大约6分钟内,它必须将速度从每小时1.9万千米降为0,安全地在火星表面着陆。当航天器穿越大气层时,其外部温度上升到1400摄氏度以上。隔热罩保护航天器不着火,而大气摩擦使其速度降到每小时1600千米左右。

这个速度仍然很快。在距离火星表面大约10千米的地方,航天器打开一顶超音速降落伞,并扔掉隔热罩。但是,降落伞本身不足以降低航天器的速度。火星大气层很稀薄,它的密度不到地球大气层密度的1%,而降落伞是通过空气分子产生阻力的,空气分子越少,阻力就越小。因此,降落伞只能使航天器的速度降到每小时大约300千米左右。这样一来,就还需要别的东西来减速,这样航天器就不会以赛车的速度撞击火星表面。

1999年,美国NASA想到的“别的东西”,是一台三条腿的着陆器。降落伞使航天器的速度降低后,着陆器伸出三条减震腿——这三条腿在旅途中是紧紧叠在一起的。然后,着陆器点燃火箭发动机,并借助雷达向下飞行,用它的三条腿轻轻地、稳稳地接触火星表面。

理论是这样的,但实际上存在一个问题。1999年,“火星极地着陆者”号便采用了这种着陆系统,结果着陆失败。NASA的一个审查委员会得出结论:“火星极地着陆者”号可能过早关闭火箭发动机,垂直跌落到火星表面了。

这次事故带来了一个巨大挑战——怎样解决着陆问题?

后来NASA科学家想到,问题不是出在着陆器上,而是火星的重力上。过去,太过关注一个显而易见的问题,即如何才能设计一款更好的三条腿着陆器。现在,问题变成了:“我们如何才能克服重力,让我们的探测器安全着陆?”

使苹果从树上掉下来的那股力量,也会导致航天器与火星表面发生不愉快的相遇,除非你采取措施来缓冲下坠的航天器。

NASA新的解决方案是放弃三条腿的着陆器设计,使用巨型安全气囊将探测器裹在着陆器里面(就像汽车的安全气囊)。

着陆器撞击火星表面之前,这些气囊会膨胀起来。在这些白色“大葡萄”的缓冲下,探测器将从大约10米的高度被释放出来,撞击地表,弹跳大约30~40次,最后停下来。

没错,气囊外形很简陋;没错,它们丑得要命——但它们起作用了。安全气囊成功地将“火星探路者”号(Pathfinder)航天器降落在火星上。

5月15日(今天),我国天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。

着陆过程如下:

凌晨1时许,天问一号探测器在停泊轨道实施降轨,机动至火星进入轨道。

4时许,着陆巡视器与环绕器分离,历经约3小时飞行后,进入火星大气,经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲,成功软着陆于预选着陆区。

两器分离约30分钟后,环绕器进行升轨,返回停泊轨道,为着陆巡视器提供中继通信。

后续,“祝融号”火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。

如下面动图所示,中国的火星着陆技术明显更先进,没用什么安全气囊。

去年9月,美国出版了一本书《像火箭科学家一样思考:将不可能变为可能》,书中不仅详细阐述了火箭科学家是如何解决登陆火星的一个个难题的,而且系统介绍了火箭科学家的思维方式:想象无法想象的事情,解决无法解决的问题。

或许不能人人都成为火箭科学家,但人人都能拥有火箭科学家的思维。

@春三十三

#中国首次!天问一号成功降落火星#

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