乘風(fēng)破浪 天問(wèn)火星

◇ 崔軼斌

2020年7月23日12時(shí)41分，我國(guó)自行研制的長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭搭載中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器，在文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空.火箭飛行約2 167秒后，成功將探測(cè)器送入預(yù)定軌道.“天問(wèn)一號(hào)”在飛行4天之后，于2020年7月27日，利用搭載的光學(xué)導(dǎo)航敏感器，獲取了地球與月球的合影.在歷經(jīng)約7個(gè)月的飛行之后，“天問(wèn)一號(hào)”將抵達(dá)火星，進(jìn)行為期2～3個(gè)月的環(huán)繞飛行，最終在火星表面著陸.“天問(wèn)一號(hào)”將針對(duì)火星展開(kāi)表面形貌、土壤特性、物質(zhì)成分、水冰、大氣、電離層、磁場(chǎng)等科學(xué)探測(cè).“天問(wèn)一號(hào)”的成功發(fā)射，標(biāo)志著我國(guó)在宇宙深空探測(cè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了巨大的跨越.

圖1 “天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器成功發(fā)射

圖2 “天問(wèn)一號(hào)”1∶1火星車(chē)

圖3 “天問(wèn)一號(hào)”傳回首張地月合影

人類(lèi)從未停止過(guò)對(duì)外太空的探索.除了發(fā)射航天器去地球的衛(wèi)星——月球探索以外，人類(lèi)曾多次展開(kāi)了對(duì)咱們的好鄰居——火星的探索.截止到2020年7月20日，在阿聯(lián)酋發(fā)射“希望號(hào)”火星探測(cè)器之前，人類(lèi)展開(kāi)的針對(duì)火星發(fā)射航天器的任務(wù)共計(jì)46次，而成功的僅有28次.其中有11次在飛離地球引力束縛的路上就失敗了，有5次在前往火星的路上“失聯(lián)”，永遠(yuǎn)“沉默”在浩瀚的宇宙中.在去火星的旅途中會(huì)遇到什么樣的艱難險(xiǎn)阻，導(dǎo)致人類(lèi)探索火星的腳步受到重重阻礙呢?

根據(jù)高中的物理知識(shí)，我們不難理解，想要實(shí)現(xiàn)探測(cè)器環(huán)繞火星飛行并最終著陸，首先必須被火星“捕獲”.但由于火星的質(zhì)量較小，因此其引力捕獲的范圍也比較小.如果要實(shí)現(xiàn)在火星上著陸，必須對(duì)繞行軌道進(jìn)行極其精確的計(jì)算和把控.我國(guó)在北斗導(dǎo)航系列衛(wèi)星超高精度的發(fā)射中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，因此這一難題迎刃而解.其次，火星與地球的距離在5 000萬(wàn)千米到4億千米不等，即使是最近的5 460萬(wàn)千米，也是月地平均距離的140多倍.長(zhǎng)路漫漫，如果在變軌和速度調(diào)整時(shí)“差之毫厘”，在探測(cè)器抵達(dá)火星時(shí)，這種差距會(huì)被成千上萬(wàn)倍地放大，最終“謬以千里”.同時(shí)，如此遙遠(yuǎn)的距離，會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器與地球之間的通信信號(hào)變得非常微弱.因此，早在發(fā)射“嫦娥”系列探月航天器之前，我國(guó)就開(kāi)始著手建立“深空探測(cè)網(wǎng)絡(luò)”通信系統(tǒng).到2015年，我國(guó)的航空航天團(tuán)隊(duì)已經(jīng)可以測(cè)量到47億千米以外，前往冥王星探測(cè)的“新地平線(xiàn)號(hào)”探測(cè)器發(fā)出的信號(hào).在探測(cè)器被火星順利“捕獲”之后，由于火星與地球之間遙遠(yuǎn)的距離，通信存在十多分鐘的延遲，因此就需要提前在探測(cè)器中注入指令，按照預(yù)定的計(jì)劃操控探測(cè)器.不過(guò)這對(duì)于發(fā)射過(guò)多次航天器的我國(guó)航天團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)也不是難事.在“天問(wèn)一號(hào)”抵達(dá)火星，準(zhǔn)備著陸時(shí)，會(huì)經(jīng)歷可怕的“黑色7分鐘”.在這短短的7分鐘之內(nèi)，“天問(wèn)一號(hào)”要穿越稀薄的火星大氣，將速度從2萬(wàn)千米·秒－1降至0，而且全程自主完成，人力無(wú)法干預(yù).在著陸后，火星獨(dú)特的大氣環(huán)境和極端的天氣可能會(huì)對(duì)航天器造成一定的影響.不過(guò)隨著人類(lèi)技術(shù)的提升，這些問(wèn)題也都得到了很大程度上的解決.

每26個(gè)月，太陽(yáng)、地球、火星會(huì)排成一列，呈一條直線(xiàn).每15～17年，火星處于近日點(diǎn)，從地球上觀測(cè)火星，亮度最高.2020年10月14日是觀測(cè)火星的最佳時(shí)機(jī).當(dāng)你在深秋的夜晚，抬頭仰望東方時(shí)，我國(guó)派出的“天問(wèn)”使者已經(jīng)在赴約的路上，讓我們一起期待一場(chǎng)美麗的相遇吧!