现场直击“天问一号”发射:火星上有什么?我们自己探险

品玩2020-07-24
焱暒,莪們唻孒!

编者按:本文来自微信公众号“PingWest品玩”(ID:wepingwest),作者 王飞,36氪经授权发布。

从北京首都机场飞到海口美兰机场需要四个小时。落地后驱车前往西南30公里外的海南文昌国际航天城又要40分钟。在前往文昌国际航天城的一路上,我们一直在把视线探往窗外,绿意盎然的海南美景下,忍不住四处找寻,心中满是好奇:

火箭和火星探测器在哪?

7月23日12点41分,文昌当地温度31摄氏度,微风,从立项至今已经四年,“天问一号”等到了它的出场时机。

由于现场观看并没有像电视上那种准确的倒计时系统,几公里外沙滩上观看火箭发射的人们虽然顶着烈日但一点都不敢松懈,离预订的时间还有不到10分钟的时候,不少人就早早举起了手机,生怕错过点火那一瞬间。

“前方朋友发来消息,还有五分钟!”消息一传十,十传百,从酒店连廊传到沙滩,从沙滩传到阳台,就连房顶上都有人。

10,9,8......2,1,0,点火。

一瞬间,伴随着相机的“咔咔”声,一声声“哇哇哇”此起彼伏......

十几秒巨大的轰鸣声过后,载着“天问一号”的中国长征五号遥四火箭在天上画出一条线,消失在我们的视线里。它发射成功了。

“太震撼了,就是太短暂了......”有人小声嘟囔。

长征的航天梦

让人意犹未尽的短暂的发射,背后是中国航天的长征。

眼前的长征五号系列火箭,是中国研发的第一款重型运载火箭,也是目前长征系列运载火箭中最为强大的型号,其地月转移轨道运载能力达到8吨,它是中国现役起飞质量最大、芯级直径最粗、运载能力最强的火箭。

也正是这样,如今人们给这个看起来“憨憨”的中国长征五号遥四火箭起了个外号:“胖五”。但就是“胖五”在我们眼前的这几十秒,中国航天人已为此付出超过60年的汗水。

据记载,中国航天史的起始点是1956年2月,由中国航天开拓者之一钱学森向国家提出《建立我国国防航空工业的意见》,提出了发展中国火箭和导弹技术的规划设想。同年10月,中国第一个导弹研究机构——国防部第五研究院正式成立。这标志着中国第一次有了自己的导弹和航天事业。

长征系列火箭则是从1965年开始研制。1970年,“长征一号”运载火箭搭载“东方红一号”卫星发射成功,正式叩开了太空之旅的大门。

至今五十年间,“长征”系列火箭已经包揽各大运载任务,发射超过三百次,运载物从东方红一号卫星到北斗导航工程组网,从神州飞船载人升空到嫦娥“玉兔”探月。

航天并非只是火箭箭体。它是一项庞大的系统工程,需要包括热力、材料、元器件、机械、计量等各行业的互通协作。

而伴随着这个期间的火箭发射,我国的航天发射基地、测控网和地面应用系统也逐渐形成,构成了强大的地面支持系统。

· 拍摄:史啸 张森宇

这次,它的运载任务仍将是一个新的挑战。如果说嫦娥“玉兔”漫步揭开的是中国探月的序幕,那么“天问一号”的火星计划将使中国的深空探测进入下一阶段。

下一阶段,意味着探测的难度远远比月球的难度更高。中国“嫦娥四号”探测器总设计师孙泽洲此前在接受新华社采访时也提到:月球没有大气,因此月球探测器需要携带大量推进剂;而火星有大气,但大气的不确定性也带来很多问题,因此增加了研制火星探测器的难度。

而之所以先登月球,是因为“玉兔”月球车在很多方面可以算是探测火星的前提实践。但火星的相对距离会更远,这也意味着通信会变慢,时间也会变长,所以出现问题的几率也会成倍增加。

出发,去火星探险

事实上,从“胖五”升空到火星探测器落地火星表面还需要漫长的9个月时间。目前我们完成的是发射任务。

这并非我国首次探索火星。2009年,中国国家航天局的首次火星探测计划萤火一号完成正样交由俄罗斯测试。原本计划2011年搭乘俄方火箭的顺风车将萤火一号送入低火星轨道,结果搭载萤火一号火星探测器的福布斯-土壤探测器在与运载火箭分离后,未能按计划变轨,最终萤火一号未能面见火星,中国航天也没有机会开展相关测试。

在设计萤火一号时,中国火星探测计划原计划设计了“绕”、“落”、“巡”、“回”四个阶段,而这构成了火星探测终极任务的几个重要环节。“绕”即轨道器环绕火星进行探测,而探测阶段过后,“落”则是让着陆器着陆火星表面进行地面探测,而“巡”则只是巡视器脱离着陆器在火星表面行走,甚至做出土壤等资源的“采集返回”的任务。

原本计划萤火一号来完成“绕”的任务,而接下来的萤火二号来完成“落”的任务。因为萤火一号的遗憾,计划也有所改变,“自主”发射意识蔓延。后来,我国决定开始转向使用自己的长征系列运载火箭系统来发射深空探测器任务。

值得注意的是,此次的“天问一号”将一次性实现“绕、落、巡”三个目标,作为首次自主探火任务,这是其他国家火星探测任务从没有过的挑战。

据国家航天局探月与航天工程中心公布的信息显示,火星车高度为1米85,重量达到240公斤左右,它配有6个轮子和4块太阳能板——展开像是一只蝴蝶。

· 引用自网络

中国日报,火星车具备环境感知、障碍识别、局部路径规划及多轮运动协调控制等功能,在火星上它以200米每小时的速度行进。在火星车上还搭载6种有效载荷,包括地形相机、多光谱相机、次表层探测雷达、表面成分探测仪、表面磁场探测仪和气象测量仪,将在火星上开展地表成分、物质类型分布、地质结构以及火星气象环境等探测工作。

此前别的国家在火星着陆任务之前,已经做过“绕”,即已有火星环轨卫星进行侦测。而“天问一号”火星着陆巡视器是在环绕火星不久后,依次实现与环绕器分离并着陆至火星表面,然后展开表面探测任务。从设计之初,首次探索火星的“天问一号”一开始就由轨道环绕器、着陆器和巡视器组成。

所以按计划,“天问一号”将搭乘长征五号遥四运载火箭进行大约7个月的飞行,在穿过星体时间窗口的“地火霍曼转移轨道”后,正好由火星轨道的引力捕获。接下来,火星探测器还需要经历火星轨道入轨,分离,然后着陆火星表面,并且成功释放出火星车进行巡视探测工作。

同作为火星探测器总设计师的孙泽洲介绍称,中国火星探测任务最核心、难度最大的地方,就是在着陆器进入火星大气后降落伞减速的过程。“这个过程只有一次机会。”

那里有什么?

新华社报道显示,火星探测任务的名称“天问”源于自战国时期诗人屈原的长诗"天问",表达了中华民族追求真理的坚韧与执着;体现了对自然和宇宙空间探索的文化传承;寓意探求科学真理征途漫漫,追求科技创新永无止境。

“天问”——探求科学真理确实是最好的寓意。

月球距离地球约40万公里,而最近的冲日时的火星,距离地球大概6000万公里。在太阳系中,金星和水星的距离都比火星要近一些。

为什么去火星?

火星和地球很像。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩在一篇稿件中提到:火星是太阳系中与地球最相似且距离较近的行星,因此成为目前除地球以外人类研究程度最高的行星,人类用空间探测器对火星进行探测的历史也几乎贯穿整个人类航天史。

从1960年开始,人类累计实施了40多次火星探测活动,全部完成成功率约为43%。其中美国多达21次,苏俄19次,日本1次,欧洲2次,印度1次(截至今年6月)。

撇开一开始美苏之间的政治航天竞赛,从科学的角度看,研究火星也别具意义。

火星和地球也不光是像,它甚至被认为是地球的未来。1964年,NASA发射的“水手4号”认为水可能曾经在火星表面。而2012年在火星着陆的“好奇号”也发现了火星上曾经有水的证据。

那么,火星上是否有过生命,它是不是几十亿年后的地球?或者,它未来是否会诞生生命?

科幻电影也给我们指出了一个方向:若干年之后,我们会不会抛弃地球,移民火星?

中国长征五号遥四火箭在文昌升空之时,身边一位小朋友捂着耳朵问妈妈:

“它要去哪里啊?”

“去火星,很远的地方。”

“那里有什么?”

“我也不知道。”

· 位于甘肃省的中国火星模拟基地"火星一号基地"|图片来自网络

(题图拍摄:史啸 张森宇)

本文有参考和引用:

科学大家:历经半个多世纪,人类为什么依旧执着于探测火星?

中国航天报:中国航天50年纪念特稿:开天辟地 创建航天基业

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