江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 资讯 > >

新浪科技综合■火星探测任务面临的深空空间环境新浪科技综合2020-07-23 10:53:510阅

来源：中科院之声
我国首个火星行星探测器升空在即 ， 火星 ， 是太阳系里与地球最为类似的行星 ， 在科幻小说里曾出现“移民火星”的展望 ， 有趣的“火星考古学“认为数亿年前的火星是跟地球一样的蓝色海洋星球 。 而科学研究也表明 ， 火星的确曾经有过适宜生命生存的环境——具有很厚的大气层和大量的液态水存在地表 ， 但经过数亿年太阳风的剥蚀后 ， 如今的火星只剩下由CO2组成的稀薄大气了 。
新浪科技综合■火星探测任务面临的深空空间环境新浪科技综合2020-07-23 10:53:510阅
文章图片
图1/8<em>地球与火星（</em><em>图片来源：NASA</em><em>）</em>载入史册的火星探索
自上世纪六十年代起 ， 人类就开启了探索火星的勇敢历程 ， 迈出探索脚步的国家包括美国、苏联/俄罗斯、欧洲、中国、日本和印度 。 在44次探索任务中 ， 一步步的尝试接近火星、绕飞火星轨道、着陆火星、开展火星地面探测 。 但有48%的探索任务完全或者部分实现了目标（包括美国16次 ， 苏联/俄罗斯2次 ， 欧洲2次 ， 印度1次） 。 其中 ， 美国的四次探索任务Mariner 4、Mars3、Mariner9和Sojourner分别创造了人类第一次成功接近火星、绕飞火星轨道、着陆火星、开展火星地面探测的历史 。
即将踏上征途的火星探测器
今年7-8月 ， 有三个国家陆续开启火星之旅——美国、中国和阿联酋 。 其中 ， 我国的“天问一号”火星探测器预计将成为人类历史上第一个一次性实现绕飞火星轨道（orbiter）、着陆火星（lander）、开展火星地面探测（rover）三个目标的深空探索任务 。 为了实现这一目标 ， “天问一号”的轨道分为如图2所示的五个阶段：长达7个月的地火转移轨道阶段（Earth-Mars transfer stage）、约10天左右进入火星捕获轨道阶段（Mars capture stage）、2-3个月的火星伴飞轨道阶段（Mars orbit parking stage）、约5小时的卫星和火星车分离以及着陆阶段（Deorbit and landing stage）、为期90个火星日的火星车地面探索和1个火星年的卫星监测阶段（Scientific exploration stage） 。
新浪科技综合■火星探测任务面临的深空空间环境新浪科技综合2020-07-23 10:53:510阅
文章图片
图2/8“天问一号”轨道示意图火星探索为什么这么难
在这里 ， 以月球探索作为对比 ， 至今为止 ， 人类历史上成功将月球车送上月球的国家 ， 也只有美国、苏联和中国 ， 可见登月难度之高 。 然而 ， 火星探索比月球探索难度更高 。
那么 ， 为什么火星探索这么困难呢？其中一个重要的原因 ， 是深空探索面临着非常复杂的环境挑战 。
在行星际空间中 ， 深空探测器面临辐射环境、太阳风等离子体环境、电磁辐射环境的威胁 ， 而在近火星空间 ， 深空探测器又面临火星电离层、中性大气、表面辐射环境的挑战 。
美国NASA的总工程师Terry Onsager说：“为了实现火星探索 ， 探测器和人类都面临着日球层环境的严峻挑战 ， 我们已经准备好了 。 ”
辐射环境的威胁
首先 ， 深空探测器的在轨安全面临着辐射环境的威胁 ， 主要辐射源是太阳高能粒子和银河宇宙线 。
月球距地球约40万公里 ， 火星与地球的最远距离达到了4亿公里 ， 深空探测器仅仅到达火星轨道的第一阶段就耗时七个月 。 在此阶段 ， 由于脱离了地球磁场和大气层的屏蔽与保护 ， 高能带电粒子（以及少量的中性粒子）可以不受阻碍地直接轰击到深空探测器 ， 对深空探测器的正常运行造成相当大的危害 ， 引起航天器单粒子效应、位移损伤等等 ， 因此 ， 粒子辐射防护是深空探测计划中非常重要的一环 。
新浪科技综合■火星探测任务面临的深空空间环境新浪科技综合2020-07-23 10:53:510阅
文章图片
图3/8太阳上爆发的日冕物质抛射及其伴随的太阳高能粒子另外 ， 火星星表辐射环境也非常重要 ， 火星轨道上的辐射剂量大约是国际空间站轨道的2~3倍 ， 给未来载人火星探测的辐射防护也带来了巨大压力 。
等离子体环境的挑战
其次 ， 深空探测器的测控通信面临着深空等离子体环境的挑战 ， 主要来源是充斥整个日球层的太阳风 。
新浪科技综合■火星探测任务面临的深空空间环境新浪科技综合2020-07-23 10:53:510阅
文章图片
图4/8行星际空间中的太阳风模拟示意图（其中黄色和红色圆点分别是地球和火星）深空探测器升空后与地球之间的唯一联系就是深空测控通信系统 ， 该系统负责科学数据和遥感数据的传送 ， 对深空探测器进行跟踪并指挥其执行重要任务 。 测控通信依赖电磁波在探测器和地球之间的传播 ， 地球与月球上的探测器之间通信一次仅需1.35秒 ， 而当无线电信号从地球到火星探测器的传播路径距离较大 ， 最远距离时通信一次就需要长达22分钟 。
新浪科技综合■火星探测任务面临的深空空间环境新浪科技综合2020-07-23 10:53:510阅
文章图片
图5/8地火通信示意图探测器至地球连线上的太阳风等离子体对于电磁波的传输具有重大影响 ， 不规则的等离子体团可能使得电磁波出现折射、反射等现象 ， 引发电磁波的幅度闪烁、频谱扩展、相位闪烁等等 。 因此 ， 太阳风等离子体环境 ， 尤其是行星际日冕物质抛射等太阳爆发活动 ， 对于深空探测计划的测控通信具有非常重要的影响 。


推荐阅读


上一篇：集成电路|阿里巴巴在江苏成立信息科技新公司，经营范围含集成电路芯片等

下一篇：「新浪科技」盖茨否认借助新冠疫苗控制人体：阴谋论终会消失新浪科技2020-07-23 10:53:540阅