火星竞赛:中美火星任务大放溢彩 中国正奋起直追
锚思科技网讯 2020年的人类三大火星任务又有新进展。
隶属于阿拉伯联合酋长国、由日本等国家提供技术支持的『希望号』已于2月9日成功抵达火星轨道,正式开始任务(探索火星的大气和气候情况)。
隶属于中国的『天问一号』于此后一天的2月10日,也正式抵达火星,并于2月15日完成“侧手翻”(成功实施捕获轨道远火点平面机动,将轨道调整为经过火星两极的环火轨道,并将近火点高度调整至约265千米)。
隶属于美国NASA的“毅力号”火星探测器,2月19日成功降落在火星表面并拍摄回传首批火星图像,成为NASA第5个成功登陆的火星车。(该火星探测器除了收集火星的地质【收集火星土壤,等待回收技术成熟后择机回收】和气候特征外还将专注于天体生物学,开展对整个宇宙生命的研究。)
(毅力号拍摄的画面/图片来自于NASA)
三大火星任务的困难度排名
单纯从技术角度看,2020年人类的三大火星任务中,困难程度为:阿联酋<中国<美国(中国任务要一次性实现绕落巡,困难程度并不低)
希望号是阿拉伯世界的第一个星际任务,这项任务的目标不是登陆火星,而是绕火星运行,研究火星大气层在整个火星一年中的动态,形成一个更完整的气候画面。阿联酋坚称,数据将分发给200个研究机构,并作为其他任务的补充,包括Nasa的任务。外媒称,该项目的政治意涵较高。
天问一号是中国首次独立争取到达火星。天问一号不仅包括一个轨道飞行器,还包括一个着陆器和一个漫游者火星车,这是一个其他国家在首次火星任务中所没有完成的三项任务。中国的火星漫游车重240公斤,体积相当于一辆小型高尔夫球车,重量相当于"毅力"号的四分之一,搭载了6种科学仪器。
(天问一号拍摄的火星画面/图片来自于中国航空航天局)
美国的“毅力”号携带许多工具和仪器,包括一架小型直升机(人类第一架异星飞行器)、43个样管的新阵列、机械臂和多个钻机,这些钻机将在火星表面钻孔,寻找粉笔大小的岩心和土壤。这些核心最终将通过样本返回活动返回地球,这是美国宇航局和欧洲航天局的共同努力。此外,值得注意的是,“毅力”号携带核电池,是名副其实的核动力火星车。
中美两国火星任务的区别
跳过技术难度相对简单的希望号,中国的天问一号和美国的毅力号(造价27亿美元,非常昂贵)都是当之无愧的人类星际探索的重大进步。
天问一号使用了三步合一的跳跃性尝试,第一次自主探索火星(此前和俄罗斯联合探索计划失败)就要实现『绕』『落』『巡』的目标,这在人类历史上是第一次。
受制于自己的首次尝试,中国需要有足够多的自主数据来确保任务的成功(对着陆区进行成像,并搜集火星大气、磁场等数据),天问一号火星车真正降落还需要三个月的时间,不能够像美国一样,刚到达火星即展开降落活动并圆满成功,但如果中国火星任务取得成功,那么就将成为世界上第二个实现火星车降落火星的国家。(此前曾有俄罗斯火星车成功降落,但几秒后便失联)
毅力号火星任务 一次艰难的技术展示
美国毅力号火星任务最让人津津乐道的是它的『机智号』火星直升机,机智号将在两个月后进行火星的首次试飞,如果其任务成功的话,将是人类史上技术跨越的一个标准,虽然它所采用的技术并非过于高深。
当然,在火星上飞行也不是一件微不足道的事情。火星上没有多少空气来推动产生升力,火星表面的大气密度只有地球的1/100,当然,好消息是火星的重力较轻——只有地球的三分之一。但从火星表面起飞相当于在地球上10万英尺的高度飞行。地面直升机从来没有飞过这么高的高度,这个高度是喷气式飞机通常飞行高度的两倍多。
此外,毅力号的降落方式也让人津津乐道。由于毅力号有 1025 千克重,是迄今为止最重的火星车,其着陆时减速的难度就更上一层。为了解决这一难题,毅力号着陆采取了和好奇号相同的「空中吊车」技术。
在进入着陆的最后阶段后,空中吊车会启动发动机进一步降速,在到达一定距离后,释放火星车接触地面,最后空中吊车完成使命,切断尼龙绳和线缆,自行飞走坠毁。
毅力号名义上是寻找火星的生命,但是其给后续任务留下的伏笔也非常值得关注,因为它将验证长距离星际间的投射技术。(采用类似中国取回月球土壤的方式)。
火星土壤采集计划由美国和欧洲航天局合作执行,其将涉及两个机器人漫游者(火星车)来收集最好的标本,以及一个复杂的传送系统来把这些材料带回家。
科学家们希望通过使用只有在地球实验室才能使用的技术来研究这些样本,从而进一步了解这颗红色星球上是否曾经存在过生命。毅力号火星车将把样本储存在金属罐中。2026年后,欧洲航天局将建造第二艘更小的火星车,并将在本世纪末抵达火星,收集毅力留下的样品罐。这些金属罐将被装入一个保护性容器,并放入一个小型火箭——火星升空飞行器(MAV)。这将使它飞到天空,将容器送入环绕火星的轨道。
样本容器将在轨道上被欧洲卫星捕获。这个“返回轨道飞行器”将像一艘货船一样,把珍贵的岩石和土壤标本带回地球。
预计这颗卫星至少要到2031年才能返回地球,届时,样本容器将被包装在一个严密保护的太空舱中,然后被送入地球大气层,在北美着陆。