“天问一号”发射升空,一文了解全部信息

据央视新闻客户端消息 , 2020年7月23日12点41分左右 , 我国长征五号遥四运载火箭在海南文昌发射中心发射升空 , 本次搭载的是“天问一号”火星探测器 。 这是我国首次自主探测火星 。 我们火星探测虽然起步晚 , 但是起点高 , 难度大 , 要通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视 。据介绍 , “天问一号”这个名称源于屈原长诗《天问》 , 表达了中华民族对真理追求的坚韧与执着 , 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 。一、为什么我们要探测火星?“天问一号”发射升空,一文了解全部信息
图注:火星的地形地貌(来源:NASA) 。“天问一号”发射升空,一文了解全部信息
图注:火星的地形地貌(来源:NASA) 。火星是太阳系内与地球环境最接近的行星 , 有稀薄的大气层 , 气压为地球的1% , 局部最高温度甚至可达35摄氏度 , 当然平均温度还是比较低的 , 只有零下63摄氏度 。 此外 , 还封存有大量冷冻状态的水(有关火星水资源的情况 , 下文有专门部分介绍) 。因此 , 在未来 , 火星几乎是唯一存在移民可能性的行星 。 另外 , 火星还可能存在像微生物这种低等生命的可能性 。 这也是世界各国热衷探索火星的重要原因 。二、为什么必须要用长征五号火箭发射?从原理上讲 , 采用多大运载能力的火箭发射探测器取决于两个因素:一是看探测器有多重 , 二是看探测器要飞往哪里 。我们来具体看一下“天问一号”的情况 。 本次“天问一号”火星探测器整体重约5吨 , 目的地是遥远的火星 。 我国目前运载能力最强的长征五号火箭才刚好能够满足要求 , 因此必须用长征五号火箭发射 。三、为什么今年三个国家扎堆发射火星探测器?“天问一号”发射升空,一文了解全部信息
你如果关注太空 , 就会知道今年有三个国家向火星发射探测器:我国的“天问一号”探测器、美国的“毅力”号火星车和阿联酋的“希望”号探测器 。 其中 , “希望”号探测器已于7月20日率先发射升空 , 目前正在飞往火星的途中;“毅力”号火星车计划将于7月30日发射 。如果错过了8月15日这个最后的窗口日期 , 那么就要继续等两年 , 这是为什么呢?“天问一号”发射升空,一文了解全部信息
我们知道 , 火星轨道在地球轨道的外侧 , 它们共同绕太阳运动 。 火星绕太阳一圈大约需要2个地球年 , 火星运动的比地球慢 , 因此二者之间的相对位置在时刻在变化 。 最远时两者之前的距离大约4亿公里 , 最近时大约5500万公里 。 那 , 是不是说当两者之间距离最近的时候才发射火箭呢?答案是否定的 。 上面我们也说了 , 地球和火星的相对位置在时刻变化 , 我们不能有“刻舟求剑”的错误思维 。其实 , 早在1925年 , 有一位名叫霍曼的工程师就提出了一种让航天器变换轨道的最优方案 , 后来被称为“霍曼转移轨道” 。 具体到从地球飞往火星 , 这是一种连接地球轨道与火星轨道的椭圆轨道 。如果选取的发射时间窗口合适 , 当探测器沿着霍曼轨道运动到与火星轨道交点时 , 火星也能恰好运行到这个交点附近 。 对于发射火星探测器而言 , 这个时间窗口大约每26个月才出现一次 。因此 , 错过今年的发射窗口 , 就要再等两年!所以 , 今年才出现扎堆发射火星探测器的情况 。 例如 , 欧盟和俄罗斯联合研制的火星探测器 , 本来也是今年发射 , 但由于技术原因被迫推迟 , 只能等到2022年发射了 。“天问一号”发射升空,一文了解全部信息
图注:2018年 , 美国洞察号飞往火星的轨道 。 其他飞往火星探测器的轨道类似 。这里要强一下 , 这种最优的轨道设计不是最节省时间 , 而是最节省燃料 , 目的是为了最大限度提高有效载荷 。 理论上 , 采用霍曼转移轨道 , 从地球到火星要飞八个多月左右的时间 。 当然 , 探测器实际飞行的轨道往往并不是严格的霍曼转移轨道 , 实际飞行时间稍短或稍长 。 本次 , “天问一号”只需七个多月就能到火星了 。四、“天问一号”探测器是什么样构型?“天问一号”发射升空,一文了解全部信息


推荐阅读