出發(fā)，飛向火星
——“天問(wèn)一號(hào)”的火星之旅

文/南京市金陵匯文學(xué)校（小學(xué)部） 王蕾

同學(xué)們，我們生活在一個(gè)充滿運(yùn)動(dòng)的世界，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變與力息息相關(guān)。在學(xué)習(xí)了蘇教版四年級(jí)科學(xué)上冊(cè)第3單元《常見(jiàn)的力》之后，相信你們對(duì)彈力、摩擦力、浮力這3種力有了更深的認(rèn)識(shí)。

力無(wú)處不在，常見(jiàn)的力除了以上3種以外，還有很多其他的力，這些力對(duì)我們的生活、生產(chǎn)有很大的影響。今天，就讓我們跟隨南京市金陵匯文學(xué)校（小學(xué)部）的王蕾老師，走近火星探測(cè)器——“天問(wèn)一號(hào)”，一起來(lái)了解動(dòng)力、阻力在火星之旅中發(fā)揮的大作用。

嗨！同學(xué)們，我是“天問(wèn)一號(hào)”。2020年7月23日12時(shí)41分，我搭乘長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭，從文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功升空，由此開(kāi)啟了長(zhǎng)達(dá)4億千米的旅途。知道我去哪里嗎？沒(méi)錯(cuò)，去火星。

為什么去火星？

火星，這顆古稱“熒惑”的紅色星球，在漫長(zhǎng)的歲月中與地球“相伴而行”。伴隨著科技的進(jìn)步，人類對(duì)火星的認(rèn)知不斷刷新：火星是離太陽(yáng)第四近的行星，大小介于地球和月球之間；地表沙丘、礫石遍布，大氣以二氧化碳為主，密度僅為地球的1%，既稀薄又寒冷；與有著71%的海洋覆蓋率的地球不同，火星表面呈現(xiàn)出紅色，它最明亮的時(shí)候猶如一團(tuán)火球；平均赤道半徑為3 398千米，體積為地球的1/7……火星上還有太多太多值得研究的地方。所以，我要去火星！

去火星怎么走？

為了順利到達(dá)火星，我還特地制訂了“旅行計(jì)劃”呢！

第一步，我搭載長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射升空，半個(gè)多小時(shí)后，在距離地面600多千米的太空中離開(kāi)火箭，進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道；第二步，在地火轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)歷約7個(gè)月的飛行，在地面測(cè)控系統(tǒng)的支持下修正飛行路徑，我的環(huán)繞器逐漸飛近火星，進(jìn)入火星捕獲段；第三步，環(huán)繞器環(huán)繞火星飛行后，與著陸巡視器分離，進(jìn)入任務(wù)使命軌道；第四步，著陸巡視器進(jìn)入火星大氣層，經(jīng)過(guò)減速,著陸到火星表面；第五步，火星車駛離著陸平臺(tái)，開(kāi)始火星表面巡視探測(cè)。

哈哈，這些就是我的“火星五步走”計(jì)劃！

“胖五”給我動(dòng)力

不過(guò)，去火星可不是一件容易的事。幸運(yùn)的是，我有好朋友助我一臂之力，它就是“胖五”——長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭，它可是我國(guó)最高、體積最大、運(yùn)載能力最強(qiáng)的運(yùn)載火箭哦！我們知道，當(dāng)航天器的速度達(dá)到11.2千米/秒的第二宇宙速度時(shí)，就可以完全擺脫地球引力，去往太陽(yáng)系內(nèi)的其他行星。因此，第二宇宙速度也被稱為“逃逸速度”。長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭第一次達(dá)到并超過(guò)了第二宇宙速度，飛出了我國(guó)運(yùn)載火箭的最快速度。

“胖五”之所以能飛得這么快，是因?yàn)樗袕?qiáng)大的動(dòng)力。“胖五”內(nèi)裝有30臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，分別是8臺(tái)120噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺(tái)50噸級(jí)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺(tái)9噸級(jí)膨脹循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)和18臺(tái)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)，它們?yōu)椤芭治濉碧峁┝司薮蟮钠痫w推力。其中，以8臺(tái)120噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的4個(gè)直徑為3.35米助推器，是國(guó)內(nèi)目前最大的低溫液體助推器，它們是“胖五”起飛的主要?jiǎng)恿υ矗峁┑钠痫w推力占90%以上。2020年7月23日，在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器由長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射升空

供圖/視覺(jué)中國(guó)

阻力也來(lái)幫大忙

強(qiáng)大的動(dòng)力可算是幫了我的大忙呢！但是，阻力也是“功不可沒(méi)”哦！要知道，我的著陸器的著陸時(shí)間一般僅有7分鐘左右，俗稱“恐怖7分鐘”，得名于火星著陸之難，其中的難點(diǎn)之一在于減速。剛進(jìn)入火星大氣時(shí)，著陸器的速度可達(dá)每秒幾千米，7分鐘的減速之后，速度只剩下每秒幾米。如何在這么短的時(shí)間內(nèi)減速呢？阻力來(lái)幫忙！

首先是“氣動(dòng)減速”。火星的大氣層會(huì)產(chǎn)生阻力，著陸器的速度需要從4.8千米/秒降至460米/秒。但火星的大氣層特別稀薄，即便最大限度地利用氣體阻力減速，依然無(wú)法把速度降到理想狀態(tài)。所以，還需打開(kāi)專門(mén)研發(fā)的降落傘，利用降落傘產(chǎn)生的阻力進(jìn)一步減速，著陸器的速度下降到95米/秒。此時(shí)，要關(guān)注火星大氣層中風(fēng)的大小和方向，因?yàn)轱L(fēng)力太大會(huì)影響著陸點(diǎn)的精度，甚至影響著陸安全。

其次是“反推減速”，想要著陸火星，必須自帶反推火箭，利用反推火箭產(chǎn)生的阻力減速。此時(shí)，著陸器的速度下降到3.6米/秒。

最后是“懸停避障”，著陸器在距離火星表面不遠(yuǎn)處懸停觀察，為選定著陸點(diǎn)做最后準(zhǔn)備。

成功著陸之后，我的火星車便開(kāi)始了火星表面的巡視探測(cè)，還有不少的挑戰(zhàn)在等待著我呢！比如，火星光照強(qiáng)度小，加上火星大氣對(duì)陽(yáng)光的削減作用，火星車的能源供給比較困難；火星上沙塵暴很大，是地球上12級(jí)臺(tái)風(fēng)造成影響的6倍，飛沙會(huì)遮蓋火星車的太陽(yáng)能電池板，使其無(wú)法正常工作……盡管面臨的挑戰(zhàn)前所未有，但我會(huì)勇往直前，完成我的火星之旅！

親愛(ài)的同學(xué)們，一起為我加油吧！