(中國焦點面對面)天問一號“探火”還要邁過幾道關?火星探測難在哪兒?

  中新社北京10月29日電 題:天問一號“探火”還要邁過幾道關?火星探測難在哪兒?

  ——專訪中國國家航天局探月與航天工">

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中國焦點面對面:天問一號“探火”還要邁過幾道關?火星探測難在哪兒?

2020-10-29 10:41:33

來源:中國新聞網(wǎng)

  (中國焦點面對面)天問一號“探火”還要邁過幾道關?火星探測難在哪兒?

  中新社北京10月29日電 題:天問一號“探火”還要邁過幾道關?火星探測難在哪兒?

  ——專訪中國國家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤杰

  作者 郭超凱

  10月28日,天問一號探測器順利完成第3次軌道中途修正。在飛向火星的途中,天問一號為何要進行軌道中途修正?火星探測的難點在哪?距離成功降落火星,天問一號還要邁過幾道關?

  中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、中國首次火星探測任務新聞發(fā)言人劉彤杰近日接受中新社“中國焦點面對面”專訪,對天問一號任務進行權威解讀。

  訪談實錄摘編如下:

  中新社記者:10月28日天問一號順利完成了第3次軌道中途修正,能否給我們解釋一下什么是軌道中途修正?在飛向火星的途中,為什么要進行軌道中途修正?

  劉彤杰:在火箭發(fā)射探測器時,探測器會有入軌偏差,在飛行控制過程中還會產(chǎn)生飛行控制偏差。這兩個偏差如果日積月累起來,就會在空間上或時間上偏離和火星交匯的那一點??臻g上,即軌道面上,如果和火星的位置沒在一個面上,它就會飛離火星,不會被火星引力捕獲。時間上,天問一號如果錯過與火星交會的時間節(jié)點,也會擦肩而過,因此需要軌道中途修正。軌道中途修正的另外一個作用是檢測一下探測器上的發(fā)動機,讓它工作一下,避免在太空中不工作的狀態(tài)過長。

中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、中國首次火星探測任務新聞發(fā)言人劉彤杰接受中新社“中國焦點面對面”專訪。 中新社記者 蔣啟明 攝 中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、中國首次火星探測任務新聞發(fā)言人劉彤杰接受中新社“中國焦點面對面”專訪。 中新社記者 蔣啟明 攝

  中新社記者:在第3次軌道中途修正之后,天問一號將會在當前的軌道飛行約4個月與火星交會。如果要成功著陸火星,天問一號還要邁過幾道關?

  劉彤杰:從7月23日發(fā)射,到現(xiàn)在已經(jīng)飛了3個月左右,后續(xù)還要再飛將近4個月。從發(fā)射到火星引力捕獲需要將近7個月時間,后續(xù)要經(jīng)歷至少三道關口才能圓滿實現(xiàn)探測。

  第一道難關,就是在火星引力范圍之內(nèi)近火捕獲。既要讓火星捕獲非常精準,讓探測器在火星引力范圍之內(nèi)進行制動,速度不要過大;又可以環(huán)繞起來,避免探測器飛出去或撞上火星。

  第二道難關,在火星軌道上環(huán)繞2至3個月之后還要尋找一個非常好的小窗口,讓它進入到火星大氣?;鹦鞘怯写髿獾模浯髿獾拿芏仁堑厍虼髿獾?%左右。它在減速過程中有大氣減速、氣動減速、降落傘減速,還有反推發(fā)動機減速,最后靠著陸腿著陸在火星表面,吸收撞擊的能量,這個過程非常難。就像空間(返回)艙進入地球一樣,它在大氣減速的過程中會有8分鐘左右的黑障(通信中斷),其進入速度相當高,通信無法獲得信號。由于距離相當遠,從火星回傳到地球控制地面站也有很大時延,不可能實現(xiàn)實時控制。所以,進入/減速/軟著陸這個過程是靠(天問一號)自主完成一系列動作,不是靠地面控制。

  第三道難關,軟著陸在火星表面,工作還不算做完,還要把火星車釋放到火星表面上,讓它走起來并開展探測。火星車上6個科學儀器要發(fā)揮作用,難度也很大,因為我們對火星表面的環(huán)境認知還相當少。如果軟著陸在火星表面上,落得不夠平坦或姿勢不夠正,火星車怎么開下來呢?可以從軌道的前面下,也可以從后邊下,就看當時落下去的姿態(tài)、地形等情況。

  要圓滿地完成火星探測任務,這三道難關是一定要闖過的。

中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、中國首次火星探測任務新聞發(fā)言人劉彤杰接受中新社“中國焦點面對面”專訪。 中新社記者 蔣啟明 攝 中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、中國首次火星探測任務新聞發(fā)言人劉彤杰接受中新社“中國焦點面對面”專訪。 中新社記者 蔣啟明 攝

  中新社記者:正如您所說,天問一號還要邁過三道難關才能成功著陸火星,這也恰好說明了火星探測的不容易。事實上,人類歷史上曾經(jīng)進行過40多次火星探測,但是成功率不足50%。您能否給我們解釋一下火星探測的難點到底在哪兒?

  劉彤杰:火星探測從上世紀60年代就已開始,那個時期由于對火星的認知還比較少,航天技術又在初創(chuàng)起步階段,因此剛開始失敗略多一些,但后來的失敗和火星探測技術難度大有很大關系。比如,要有龐大的運載火箭把探測器運送到軌道上,讓它能夠環(huán)繞火星探測,甚至軟著陸在火星表面。

  火箭(方面)我們現(xiàn)在有長征五號火箭,這是第一步——實現(xiàn)大火箭的研制。我們歷經(jīng)多年攻克了很多技術難關。第二步,在設計探測器時還有發(fā)射窗口的問題。因為火星、地球離得近,每26個月才有一次機會,每一次機會有半個月到一個月左右的時間,而每天火箭發(fā)射探測器有30分鐘左右的發(fā)射機會,這就是發(fā)射窗口。發(fā)射窗口非常局限,這就是它的又一大難度。

  另外,火星最遠距地球有4億公里,大家都知道月亮距地球最遠距離只有40萬公里。這就使得深空測控通信上有延遲。當?shù)厍蚝突鹦蔷嚯x達到4億公里時,時延可達到20多分鐘,從(地球)這邊發(fā)個指令,火星上收到時已經(jīng)過去20多分鐘。這就帶來一個問題,探測器自主探測能力一定要強,這是它另外一個難度。

  還有一個難度是近火捕獲,讓火星把探測器捕獲。另外,進入、減速和軟著陸于火星表面的過程也非常難,這就是火星探測幾大難點。

中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、中國首次火星探測任務新聞發(fā)言人劉彤杰接受中新社“中國焦點面對面”專訪。 中新社記者 蔣啟明 攝 中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、中國首次火星探測任務新聞發(fā)言人劉彤杰接受中新社“中國焦點面對面”專訪。 中新社記者 蔣啟明 攝

  中新社記者:到明年5月份,天問一號預計將會在火星著陸,天問一號將會選擇在火星的哪個區(qū)域著陸呢?

  劉彤杰:現(xiàn)在選擇的地點是在火星北半球,國際上有著陸計劃的火星探測任務,大多數(shù)選擇在火星北半球。因為南半球全是山地,更加坑洼不平,北半球有平原。我們選擇軟著陸的地區(qū)正好是個平原,叫烏托邦平原,(著陸地點)在烏托邦平原南部。地質(zhì)學家說這里很可能是一個古海洋所在地。

  在古海洋和古陸地交界處,科學家認為該地有很高的科學價值,很有可能會取得意想不到的科學成果,這就是選擇這個地方來進行軟著陸、巡視探測的原因。

  中新社記者:成功降落在烏托邦平原之后,天問一號會開展哪些科研探測任務?

  劉彤杰:著陸在火星表面后,火星車即巡視器會開展科研探測?;鹦擒嚿嫌?臺儀器。比如,導航地形相機是兩個功能復用,既可以給火星車導航,又可以看前面的地形地貌,從視覺上讓科學家了解到前面是不是有更多探測價值。

  (火星車上的)次表層雷達,可以探測淺層結構?;鹦潜砻鏆庀鬁y量儀可以測氣溫、氣壓、風速、風向?;鹦潜砻嬗写髿?,月球表面上沒大氣,(因此火星探測器和月球探測器的)儀器也不同?;鹦擒囘€可以測磁場、表面物質(zhì)成分,這都是科學家關心的內(nèi)容。

  環(huán)繞器上有中分辨率相機、高分辨率相機,對火星的表面形貌進行探測。環(huán)繞器上還有磁強計、礦物光譜分析儀、離子與中性粒子探測和能量粒子探測器。如果科學數(shù)據(jù)獲取足夠多,相信一定會產(chǎn)生有影響力的成果。

資料圖:2020年7月23日12時41分,中國在文昌航天發(fā)射場用長征五號遙四運載火箭成功發(fā)射首次火星探測任務天問一號探測器。駱云飛 攝 資料圖:2020年7月23日12時41分,中國在文昌航天發(fā)射場用長征五號遙四運載火箭成功發(fā)射首次火星探測任務天問一號探測器。駱云飛 攝

  中新社記者:我們也預祝中國的火星探測能夠取得好的成果。今年阿聯(lián)酋、中國和美國先后發(fā)射了三個火星探測器,掀開了人類火星探測新的篇章。這三個國家的火星探測計劃有什么異同?側重點分別在哪里?

  劉彤杰:正是因為有發(fā)射窗口,所以這三個國家集中在今年7月份實施發(fā)射。其實之前還有歐空局和俄羅斯合作的ExoMars(火星探測)項目,但他們因為技術原因推遲了。

  這三個探測器各有特點,阿聯(lián)酋的“希望號”是一個環(huán)繞探測器,相當于火星的環(huán)繞衛(wèi)星,它著重對火星大氣進行探測研究。美國的“毅力號”是一個巡視器,相當于火星車,它是用懸吊的方式把火星車落在火星表面上。我們既有環(huán)繞火星的環(huán)繞器,還有(著陸于火星表面上的)火星車巡視探測,天地結合起來探測。但是三個任務各有千秋,畢竟每個國家的技術路線是不一樣的。

  中新社記者:您剛才提到天問一號任務將會通過一次任務完成“繞、著、巡”三大目標,這在全球應該還是第一次,如果任務能夠成功,對中國航天來說意味著什么?

  劉彤杰:首先我覺得開展深空探測、行星探測工程是人類探索精神的體現(xiàn)。如果我們首次火星探測任務圓滿成功,這說明中國人在這方面有了長足進步,為人類和平利用太空作出更多貢獻。比如,我們有能力探測包括火星在內(nèi)的太陽系行星,有能力開展相關科研工作,取得一些原創(chuàng)成果;對太陽系演化、地球演化能得出進一步科學成果,其實也是為人類在地球生存提供更多知識。這是技術和倫理層面的作用。

  這么難的科技工程,如果我們都能完成得很好,可以激發(fā)青少年對科學的熱情,投身到國家建設中去,大家既可以仰望星空,又腳踏實地開展工作,激發(fā)大家的探測熱情,尤其是年輕人。所以我們愿意到高校和中學去給他們做一些工程介紹。對老百姓來說,航天還是一個比較神秘的領域。

  對我們而言,這就是我們的工作,只不過這個工作大家接觸相對少一些,我們有責任讓更多人了解到其中的過程、知識和精神,這樣就可以為人類和平利用太空作更多貢獻。無論從科技角度上,還是人才培養(yǎng)上,還是世界觀的培養(yǎng)建立上都是有很大作用的。

資料圖:2020年10月1日,中國國家航天局發(fā)布中國首次火星探測任務天問一號探測器飛行圖像,圖上的五星紅旗光彩奪目,呈現(xiàn)出鮮艷的中國紅。這是中國天問一號探測器首次深空“自拍”。中新社發(fā) 中國國家航天局 供圖 資料圖:2020年10月1日,中國國家航天局發(fā)布中國首次火星探測任務天問一號探測器飛行圖像,圖上的五星紅旗光彩奪目,呈現(xiàn)出鮮艷的中國紅。這是中國天問一號探測器首次深空“自拍”。中新社發(fā) 中國國家航天局 供圖

  中新社記者:中國行星探測的第一站選擇了火星,我們?yōu)槭裁匆M行火星探測?

  劉彤杰:為什么選火星探測?(這是因為)火星是類地行星,和地球環(huán)境有很多相似之處,國際上也選擇火星作為探測重點。我們對火星也有很大的關注度,因此選擇火星來探測?;鹦亲鳛轭惖匦行?,有大氣,表面也有形貌,我們來看看它的演化是不是地球演化的未來。

  火星很可能以前存在過生命,但是現(xiàn)在它大氣稀薄了,生命也不存在了。人類如果無限度地對地球開發(fā)破壞,地球會不會有朝一日也會發(fā)展成火星,這是科學家們提出過的問題。我們對火星有很大的好奇心,對探測火星也寄予很大希望,這是探測火星的主要原因。

  中新社記者:天問一號邁出了中國行星探測的第一步,未來中國在深空探測領域還有哪些計劃和安排呢?

  劉彤杰:行星探測計劃規(guī)劃了4次任務,首次火星探測天問一號任務是第一次,已經(jīng)發(fā)射實施了,目前其他任務正在論證中。第二次規(guī)劃的是小行星探測任務,預計在2024年前后實施。此后還會有火星采樣返回任務,這是在2030年前后。在2030年前后還有一次木星系及行星際穿越探測,即探測完木星和木衛(wèi)4之后還要飛往更遠的深空。(完)

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