经历恐怖7分钟!美国毅力号降落火星,传回一张照片,天问一号5月见

智东西(公众号:zhidxcom)
编译 | 李水青
编辑 | 漠影

“确认降落!”美国毅力号首席指导Swati Mohan在控制室宣布,“毅力号成功降落火星!”

智东西2月19日消息,北京时间2月19日凌晨4点55分左右,美国国家航空航天局(NASA)“毅力号”火星车成功登陆火星,并传回第一张火星地表的黑白图像。

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路透社这样赞叹:“在 NASA 称之为‘七分钟恐怖’的一系列复杂操作中,飞船的自导下降和着陆是机器人太空飞行史上最精细、最具挑战性的壮举。”美国宇航局代理局长史蒂夫 · 尤尔奇克称之为“令人惊叹的成就!”

毅力号安全降落在一个巨大的火山口的地面上,降落后,将在一个干涸的火山口湖和河床中寻找灭绝生命的迹象。

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▲动画模拟毅力号登陆火星

毅力号是美国NASA自2012年以来第5个成功登陆的火星车,相比于前四个火星车,毅力号还搭载了用于低空侦察的微型直升机、将二氧化碳转化为纯氧的装置等,并具有更进一步的历史性任务。

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▲动画模拟毅力号登陆火星

2021年可谓火星登陆年。上周,中国的“天问一号”探测器、阿联酋的“希望号”陆续到达火星轨道,它们与“毅力号”均于2020年7月发射升空。不同于毅力号抵达火星后直接降落火星的方式,我国天问一号环绕火星的过程大约将持续3个月的时间,预计于2021年5月中旬择机着陆火星表面。(《刚刚,天问一号成功被火星捕获!火星,中国来了》)

一、毅力号传回的第一张照片背后,经历“恐怖的七分钟”

在太空中航行了将近7个月,行驶了4.72亿公里,然后以每小时19,000公里的速度穿透火星大气层——毅力号开始下降到火星地表。

着陆后不久,毅力号传回了它在火星表面拍摄的第一张黑白照片,显示了火星车在荒凉多岩的着陆地点投下的影子。

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毅力号的大小类似于一辆SUV汽车,长3米、宽2.7米、高2.2米、质量约1吨。由于无线电波需要11分钟才能从火星到达地球,毅力号到达火星土壤时,已经通过绕火星轨道运行的卫星传送到地球的信号得到了确认。

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▲模拟毅力号登陆火星

探测器经历了一段惊险的着陆过程,被生动地称为“恐怖的七分钟”。

火星大气的密度只有地球的1%,探测器完成轨道姿态调整后,在短短7分钟的时间里,探测器的时速要从4.8千米/秒降低到0,而且还要调整好角度以避免外壳被大气层过渡加热而烧毁。此前NASA预测,其安全着陆的概率仅有40%

毅力号降落于北纬18度的杰泽罗(Jezero)陨石坑,是一个位于火星赤道以北的巨大撞击盆地,据科学家称是一个存在于39亿年前的古老湖泊,毅力号将在那里的岩石和土壤中寻找微化石。

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▲“毅力号”着陆位置地面视图

二、整个项目耗资27亿美元,将探索生命迹象

这次着陆是为期两年、耗资27亿美元的火星探测项目的一部分,也是其中风险最大的一部分。

该项目的主要目标是寻找可能存在的微生物化石迹象,这些微生物可能在大约30亿年前繁荣于火星上,火星是太阳系的第四颗行星,那时它比较温暖、潮湿,而且可能适宜生命生存。

毅力号计划从火星岩石中提取生物标记,以便将来回到地球进行分析。科学家们希望在古代沉积物样本中发现生物标记,这是人类首次从另一个星球收集生物标记。

接下来的两次火星任务计划在未来十年内取回样本并将其送回 NASA。

“7分钟的恐怖时刻非常令人兴奋。但另一方面,任务才刚刚开始。”喷气推进实验室主任Michael Watkins在着陆后不久说,“我们的任务不是着陆,而是实际驾驶,获取样本和进行其它技术演示。”

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三、与NASA前四次火星车登陆什么区别?

美国宇航局的科学家将“毅力号”描述为自1965年“水手号”飞船飞越火星以来,美国近20项火星任务中最具雄心的任务。

与之前的四个火星车相比,毅力号火星车体积更大,装载的仪器也更多。它将以先前的发现为基础进一步探索火星。先前探测认为,火星表面曾经有液态水流动、碳和其他矿物质被水改变,并存在着生命进化的先驱。

毅力号的有效载荷还包括一些示范项目,比如:包括一个将火星大气层中的二氧化碳转化为纯氧的装置。这些项目可能有助于为人类最终探索火星铺平道路。

毅力公司携带的另一个实验原型是一架微型直升机,旨在测试飞机在另一个星球上的第一次动力控制飞行

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▲模拟毅力号登陆火星

这架直升机重量仅1.8公斤,高0.5米,螺旋桨直径1.2米,功率350瓦。据悉,直升机采用锂离子电池,靠顶部的太阳能板进行充电,充电一天大概能够飞90秒。

火星空气稀薄,气压只有地球气压的1%,因此直升机飞行是一项突破性任务,要求螺旋桨转动更加快速才行。相关人员称,如果成功的话,这架直升机可以用于对遥远世界的低空侦察。

四、“恐怖7分钟”降落,采用“空中起重机”

探测器冒险降落到火星表面的这件事本身就是一项重大的成就。NASA称,降落地点既让科学家感到诱人,又特别危险。

搭载探测器的多级航天器以接近地球声速16倍的速度飞入火星大气层,在喷气推进器调整其轨道的同时产生空气动力升力。

刺耳的超音速降落伞膨胀进一步减缓了降落速度,取而代之的是部署火箭动力的“空中起重机”(sky crane)飞行器,它飞到安全着陆点,用系绳降低探测器,然后飞离,在安全距离降落。

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▲动画模拟毅力号登陆火星

目前,人类研发出了三种方式进行火星软着陆,分别为气囊弹跳式、反推着陆腿式及本次NASA用到的空中起重机式

这三种方式各有利弊,我国的天问一号选择的反推着陆腿式,这一方式复杂,成本也较高,需要降落伞减速后反推发动机点火,使探测器再次减速,并在着陆前进行自主悬停避障,但这种方法能满足重量较大探测器的软着陆要求,着陆精度也相对较高。

不同于“天问一号”的火箭反推降落方式,毅力号采用的“天空起重机”(sky crane)的降落方式成本则更高,可以满足重量更大的探测器的软着陆需求,从而使得重达1吨的毅力号更平稳降落。天问一号和毅力号都没有用到的气囊弹跳式则成本低,只能满足小重量探测器着陆需求。

毅力号的前身“好奇号”于2012年登陆火星,至今仍在运行,同样运行的还有2018年抵达火星深处研究的静止着陆器 “InSight”。

五、2021火星探测高潮迭起,我国“天问一号”已进入火星轨道

2021年可谓是火星登陆年,一周前,阿拉伯联合酋长国和我国分别发射的探测器到达了火星轨道。

2月10日,也就是在中国农历腊月二十九日,中国首次火星探测任务天问一号探测器实施近火捕获制动任务成功。

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不同于毅力号抵达火星后直接降落火星的方式,天问一号环绕火星的过程大约将持续3个月的时间,预计于2021年5月中旬择机实施登陆任务,着陆火星表面。

此外,2020“火星三杰”中,阿联酋“希望号”火星探测任务团队在北京时间2月10日凌晨零点左右公布,“希望号”进入环火轨道,抵达目的地。希望号是一个轨道探测器,主要任务是研究火星的大气和气候,后续没有登陆任务。

探测火星对人类来说具有众多重要的驱动力和意义。目前,在对这颗神秘红色星球的探索中,人类主要关注5个方面的研究,分别为:

1、 火星大气特征和气候变化研究;

2、 火星地形地貌和地质构造研究;

3、 包括火星磁场、重力场等在内的火星物理场和内部结构研究;

4、 火星上的水和生命信息探测;

5、 在火星上建立科学观测台和实验室,观测火星上可能存在的资源。

无论是出于什么样的宏图和目标,世界上最具科技实力的国家和地区都在开启火星之旅。

结语:火星探测高潮迭起,太空探索进入新阶段

随着美国毅力号降落火星,2021年全球火星探测竞赛在中国天问一号和阿联酋“希望号”驶入火星轨道后,迎来一波小高潮。

人类一直对地球之外的生命充满好奇心,向太空探索未知的征程也具有现实意义。随着各国探测器纷纷登陆火星,人类太空探索将进入新阶段。

信源参考:路透社