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奔向火星!中国深空探测踏上新征程

来源:科技日报2020-07-24 09:58

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  7月23日,长征五号遥四运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空,实施我国首次火星探测任务(天问一号任务)。 新华社记者才扬摄

  7月23日12时41分,我国首个火星探测器由长征五号遥四运载火箭从中国文昌航天发射场发射升空。我国首次火星探测任务(行星探测工程天问一号任务)正式实施,标志着我国深空探测踏上新的征程。

  记者从国家航天局了解到,我国首次火星探测任务于2016年1月经党中央、国务院批准立项,任务目标是在2020年,通过一次发射实现火星环绕、着陆和巡视探测,迈出我国行星探测第一步。

  8位院士联名建议探火

  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。火星拥有高山、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。火星上是否存在孕育生命条件?它是地球的过去还是未来?这都是火星研究中的重大科学问题。研究火星对认识地球演变具有非常重要的比较意义。

  国际上对于火星的探测,起步于20世纪60年代。截至2020年6月底,人类已对火星实施了40余次探测任务,其中成功24次。

  从上世纪90年代至今,国际火星探测以发展新技术和获得科学发现为主要驱动力,催生了火星探测的高潮,并取得了巨大进步。在技术发展水平方面,国际上已实现对火星的飞掠、环绕、着陆、巡视探测,而技术难度更大的采样返回和载人探测仍有待突破;在科学研究方面,国际上通过不同探测形式与任务,在火星轨道运动规律与参数、火星大气、火星地形地貌与地质构造等多方面取得了丰富成果。

  这些探索和成就,为我国首次火星探测树立了前进的方向,也提出了挑战。

  早在我国嫦娥一号任务取得圆满成功之后,航天专家即开始谋划我国深空探测后续发展。2010年8月,8位院士联名向国家建议,开展月球以远深空探测的综合论证,国防科工局立即组织专家组开展了发展规划和实施方案论证。经过数年努力,我国首次火星探测任务于2016年1月正式立项实施。

  一次发射完成“绕着巡”目标当属国际首次

  我国首次火星探测任务起步虽晚,但起点高、跨越大,从立项伊始就瞄准当前世界先进水平确定任务目标,明确提出在国际上首次通过一次发射,完成“环绕、着陆、巡视探测”三大目标。如果这一目标能够顺利实现,我国将成为世界上第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家。

  记者从中国航天科技集团五院了解到,天问一号任务火星探测器由环绕器和着陆巡视器组成,着陆巡视器又包括进入舱和火星车。进入舱完成火星进入、下降和着陆任务,火星车配置了多种科学载荷,在着陆区开展巡视探测。

  作为探测器抓总研制单位,五院研制团队经过4年多的艰苦攻关,按节点顺利完成了探测器的模样研制、初样研制、正样研制、大系统对接试验等工作。

  记者从国家航天局了解到,天问一号任务的工程目标为: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。

  同时,我国致力于通过此次任务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。

  在科学研究方面,我国将通过此次任务,开展火星形貌与地质构造特征、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等研究。

  发射成功只是任务第一步

  此次发射任务取得了圆满成功,长征五号遥四运载火箭将探测器送入地火转移轨道。但这只是天问一号任务的第一步。

  据国家航天局介绍,此次任务飞行过程包括发射、地火转移、火星捕获、火星停泊、离轨着陆和科学探测6个阶段。

  任务后续计划为:器箭分离后,探测器太阳翼和定向天线相继展开,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。

  探测器择机实施降轨机动,着陆巡视器与环绕器分离。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。

  着陆巡视器安全着陆后,火星车与着陆平台解锁分离。火星车驶离着陆平台,开始巡视探测。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。

  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。

  相比于月球探测,火星探测任务的难度更大。由于火星相对地球距离较为遥远,对发射、轨道、控制、通信和电源等技术都提出了很高的要求。

  中国首次火星探测任务新闻发言人、国家航天局探月与航天工程中心副主任刘彤杰在任务实施前表示,中国首次火星探测任务没有简单重复其他国家火星探测的老路,起点设置很高,同时也面临众多难点。对于本次任务,我国开展了大量设计、试验验证工作,并针对各种可能出现的问题制定了详细的预案。

  不过,我国首次火星探测任务仍面临着巨大风险和未知挑战。无论结果如何,中国航天人探索深空的脚步不会停止。

  庞 丹 记者 付毅飞

[ 责编:涂子怡 ]
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