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天问一号为何要等三个月才登陆火星?差距就在这里

3000N的轨道控制发动机点火15分钟后,中国首个火星探测器天问一号近火制动成功,于2021年2月10日19点52分进入了近地点轨道为400千米、周期约为10个火星日、倾角约为10º的大椭圆轨道,这是继阿联酋希望号在2月9日入轨火星后近期第二个到达火星的探测器。

第一次火星探测就包含了绕、落、巡三个重大目标,第一步环绕火星已经取得成功,当然接下来的任务是会逐渐将轨道逐渐调整到265×12000千米(7.8小时),只有这样才能更好的为后续探测以及登陆以及未来的火星着陆器和巡视器通讯中继任务!

着陆器什么时候开始登陆火星?

去年刚成功带回月壤样品的嫦娥五号,从2020年11月28日20时58分制动进入环月轨道,于12月1日22时57分,着陆器开始登陆月球,并且于23时11分成功着陆月球风暴洋北部,总共在轨道上“休整”了三天,那么天问一号着陆器也将在短短数天后将要执行激动人心的火星登陆任务吗?

不过据国家航天局公布的消息,天问一号着陆器预计将于5月份在火星北半球的乌托邦平原着陆,要等整整三个月,相信大家非常焦急!不过有一个消息传来,美国的毅力号探测器将于8天后的2月18日到达火星,但它可没工夫在轨道上绕圈圈,将直接减速插入火星着陆轨道,并且计划将在当天登陆耶泽罗撞击坑附近!

毅力号

为什么美国探测器能当天登陆,天问一号却要绕圈三个月?

难道我们的技术真比美国差吗?其实准确地说能登陆火星,技术都差不多,唯一有差别的是美国技术已经多次验证,迄今为止在火星登陆的大部分探测器都是NASA发射的,可见他们实力之雄厚!

登陆火星,美国测试过不少方法,其中最能勾起大家回忆的勇气号在2004年1月3日登陆火星的震撼场景,使用充气囊缓冲的方式取代最后的反推火箭蹦蹦跳跳着陆火星,它的大致过程如下:

勇气号在进入火星大气层后的减速的最后阶段(着陆前2分钟),探测器会打开降落伞,20秒后丢弃部分外壳,露出着陆器,最后6秒时气囊重启,并点燃反推火箭,距离火星表面约15米时,切断降落伞绳,着陆器随气囊着陆火星表面,然后弹跳滚动数次后会慢慢停止,然后气囊放气,着陆成功,准备释放火星车!

当然后期的洞察号降落又是另一种风格,不过洞察号降落也是最常规的反推火箭减速进入火星大气层,经过大气层阻力减速后超音速打开降落伞减速,最后抛弃降落伞,减速、悬停选址、反推着陆等过程,当然这也是最经典的降落过程。

洞察号降落火星

从技术角度而言,中国既然准备了火星登陆计划,那么技术就不会差多少,最多的只是经验,不过我国已经有多次月球登陆经验,相信也是胜券在握,但问题是为什么我国的天问一号着陆器要等三个月?

火星地形图

其实天问一号就缺少一份火星地图,尽管我们可以在网上下载高清火星地图,甚至可以GOOGLE MARS获取火星极其详细的表面地形资料,但很抱歉,这些地图可以作为参考,但却无法作为导航以及着陆地选择使用,因为太粗糙了,而且没有三维地形数据。

所以天问一号轨道器将在三个月内准备火星地图,并且将详细调查火星乌托邦平原上的两个预定着陆点,这里是火星的古海洋,还有古河道冲积形成的平原,假如火星上存在生命,那么在乌托邦平原是最有可能的!

天问一号的轨道器将以什么方式着陆火星?

暂时还无法了解天问一号的着陆细节,但它降落的过程和洞察号应该非常相似,只是洞察号是从地球发射,与火星相遇时直接降落火星,因此它切入火星大气层时的速度大约为5500米/秒,天问一号则是火星环绕速度,如果按大致圆形、轨道器探测火星表面判断,那么它的速度不会超过5千米/秒(轨道越高,环绕速度越低),下面为洞察号降落过程:

  • 1、时间3:47,距离火星表面约125千米时候进入火星大气层,速度为5500米/秒,护热盾最高温度1500℃,开始火星大气层穿越。
  • 2、时间3:51,距离火星表面约11.1千米高度,打开降落伞(速度:385米/秒(超音速)),抛弃护热盾,打开着陆液压支撑架。
  • 3、时间3:52,开启雷达探测火星地面高度
  • 4、时间3:53,距离火星表面1千米,抛弃降落伞,此时速度为60米/秒,反推火箭点火准备着陆;

洞察号降落过程

最后会经过悬停避障阶段,因为火星表面可能有巨石,也可能崎岖不平,但地球和火星之间路途遥远,无法遥控着陆,洞察号需要自行判断着陆点,选择最平坦的区域,然后缓速下降,最终成功着陆火星表面。

天问一号的轨道调整过程

天问一号也逃不开同样的过程,只是从火星轨道切入大气层速度会比较低一些,因为还有在轨减速后才会进入火星大气层,速度会更低,但各个过程都不会少,从理论上看,减速进入环绕轨道需要消耗大量的燃料,NASA的毅力号没有轨道器,不减速入轨直接降落是明智的。

而天问一号,则因为有一个轨道器,所以不得不消耗大量燃料减速入轨,当然有环绕探测器就相当于有一个在火星轨道上的中继以及领路人,同时也将获得大量火星地面上无法获取的数据(NASA不缺火星环绕探测器,当前轨道上NASA有三个探测器,还有一辆火星车,和固定的洞察号)。

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天问一号进入火星轨道

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