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为向火星发出“天问”,科学家准备了什么?

来源:科普中国2020-07-23 13:42

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  7月底,我国向太空发射天问一号火星探测器,开始了中国首次火星探测任务。本次任务将通过火星环绕、着陆和巡视探测,迈出我国行星探测第一步。

  记者从国家航天局了解到,此项工程旨在突破火星制动捕获、进入/下降/着陆(EDL)、长期自主管理、远距离测控通信、火星表面巡视等关键技术,实现火星环绕探测和巡视探测,获取火星探测科学数据,实现我国在深空探测领域的技术跨越;建立完整配套的深空探测工程体系,包括设计、制造、试验、飞行任务实施、科学研究、工程管理以及人才队伍,推动我国深空探测可持续发展。

  为什么选择火星?

  火星是离地球较近且环境最相似的星球,在太阳系八大行星中,火星的物理性质和化学性质与地球最为相近,并且拥有高山、平原和峡谷等多种地形,南方充满陨石撞击的高地和峡谷,北方则多是被熔岩填平的平原,由于自转轴倾角和自转周期与地球相近,火星的昼夜长短及四季变化与地球也几乎一样。因此,火星一直是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。

  人类以往的探测已经发现了火星存在水的证据,而火星上是否存在孕育生命条件以及火星是地球过去还是地球未来,早已成为火星研究重大科学问题,研究火星对认识地球演变具有非常重要的比较意义。

为向火星发出“天问”,科学家准备了什么?

运载火箭发射 图片来源:国家航天局新闻宣传中心  

  天问一号要经历怎样的“火星之旅”?

  天问一号火星探测器将采用长征五号遥四运载火箭运载升空,本次发射也是长征五号系列运载火箭首次应用性发射,火箭会将探测器直接送入地火转移轨道。此次发射任务由文昌航天发射场组织实施,采用“新三垂”测发模式和远距离测发控方式。天文一号的飞行过程包括发射、地火转移、火星捕获、火星停泊、离轨着陆和科学探测等六个阶段。

  探测器与火箭分离后,其太阳翼和定向天线将相继展开,在测控系统支持下,飞行约7个月抵达火星,其间进行深空机动和中途修正。探测器进入环火轨道并经过制动后,通过2至3个月的环绕飞行后首选进入窗口,其间在着陆区上空对着陆区开展探测。

  随后,探测器将择机实施降轨机动,着陆巡视器会与环绕器分离。环绕器升轨返回到停泊轨道,为着陆过程提供中继通信。着陆巡视器进入火星大气,依次完成配平翼展开、降落伞开伞、大底分离、背罩分离、动力减速、悬停、避障及缓速下降、着陆缓冲等动作,着陆于火星表面。

为向火星发出“天问”,科学家准备了什么?

  中国行星探测任务标识

  着陆后,火星车将会与着陆平台解锁分离。火星车驶离着陆平台,开始巡视探测。着陆巡视器安全着陆后,环绕器进入中继轨道,为火星车提供中继通信,兼顾科学探测。在火星车完成探测任务后,环绕器进入使命轨道,开展火星全球遥感探测,兼顾火星车扩展任务中继通信。

  本次火星探测以研究火星形貌与地质构造特征、研究火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构为科学目标。作为科学探索工程,任务实施中开展了多项合作。与欧空局、阿根廷在任务测控方面互相支持;与法国、奥地利等国开展多个载荷的联合定标并合作开展数据分析。

  中国火星探测工程 “天问”何来?

  中国行星探测工程被命名为“天问(Tianwen)系列”,首次火星探测任务被命名为“天问一号”。“天问”出自《楚辞》,是我国伟大的浪漫主义诗人屈原的一首长诗,作品对天地、自然和人世等一切事物现象进行想象与发问,从宇宙之本源,到阴阳之俱化;从天地之构造,到星辰之往亘。

  以“天问”作为工程名称,厚植于中华民族传统文化精髓,跨越两千年的求索,体现着古人朴素的真理追求和现代科学空间探索的文化传承,易于广大群众接受,便于记忆和传播,也彰显了中国人迈向更远深空的决心和毅力,引导公众特别是青少年树立热爱科学、崇尚科学的理想情怀。

  据了解,此次火星探测任务于2016年1月立项,由国防科工局、国家航天局统一组织,工程总体由国家航天局探月与航天工程中心承担,主要负责工程总体方案设计,研制总要求、研制任务书和计划制订,以及工程总体协调与组织实施等工作。中国航天科技集团有限公司所属中国空间技术研究院为探测器系统总体设计单位并负责着陆巡视器研制,中国航天科技集团有限公司所属上海航天技术研究院、中国运载火箭技术研究院及中国卫星发射测控系统部、国家天文台均为此次探测任务的设计和建设单位。(光明网记者 张蕃 武玥彤)

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