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历史上成功率仅43% 人类“探火”为何步步惊心

时间:2020-07-16 06:00:04 出处:黑帽廉颇

成功率不到人类“火灾探测”的一半

目前,备受期待的跨国公司对火星的探索已经开始 。受天气条件影响 ,阿联酋火星探测器“希望”将发射任务推迟到7月17日 。我国的火星探测器“天文1号”现已抵达文昌航天器发射场 。根据预定计划,发射将于7月23日前后进行 。

实际上 ,与火星的探索相比,人类在月球的探索上做了很多尝试  ,而且效果令人瞩目。1959年1月2日,苏联成功发射“月球一号”,拉开了人类探索月球的序幕 。1969年,美国宇航员阿姆斯特朗(Armstrong)降落在月球上,他的小脚步为人类迈出了一大步 。1994年 ,美国发射的“克莱门汀”探测器获得了当时最详细的月球表面影像,发现月球南极可能有很多水冰 。在2011年和2013年,美国先后发射了探测器,并精确地测量了月球的重力。现场,并分析了月球稀薄大气成分;2019年 ,中国的``C娥四号''首次实现了人类探测器在月球背面的着陆和巡逻探测 。

自人类首次登陆月球以来 ,已有50多年的历史了 ,而火星仍下落不明。那么火星和月球探索之间有什么区别 ?

火星是太阳系中靠近地球的行星之一 ,自然环境与地球最相似 。它一直是人类在深空探索的热点。自60年前以来  ,人类开始在火星上冒险。

1960年10月,苏联向火星发射了两枚“火星1A”和“火星1B”探测器   ,但不幸的是,在“火星1A”发射后,第三级火箭未能点火 ,仅飞到了地面。它在120公里高处报废。火星1B的火箭发动机直接爆炸。飘落的碎片甚至污染了整个拜科努尔发射场。

在美国对火星的探索也是不利的 。1964年,新成立的NASA发射了“Marine3”火星探测器 。当它穿过地球的大气层时,探针的保护罩失效 。发射后,所有检测仪器均无法打开,在美国的首次尝试也失败了 。

1964年10月 ,美国火星4号火星探测器向人类返回了人类历史上火星表面最短距离的第一张图像。同时,返回了超过500万比特的科学信息。可以说 ,这一使命开启了人类太空探索的新纪元 。

然而,在接下来的几年中 ,苏联发动了几次失败行动  ,在火星附近进行了一次探测。研发的“火星2”探测器具有在轨道上着陆的能力 ,但是在着陆过程中却遇到了火星表面大规模的沙尘暴。,“火星2号”坠入火星上的盆地,此行动以一次着陆器坠毁而告终。火星3号探测器降落在火星上20秒后 ,它与地球失去了联系。这类似于NASA在1992年的经历。火星观察者进入火星轨道后,迅速失去了联系。

输入在21世纪 ,利用轨道器对火星的探索迎来了黄金时代 。美国和欧洲航天局已经成功发射了火星探测器 。印度还参加了火星探索竞赛 ,并启动了首个“火星轨道任务”探测器 。然而,人类探测火星

旅途并不顺利 。2011年,由于引擎故障,俄罗斯的“PhuoI-Soil”行星际探测器未能将其送入火星轨道。还宣布了中国火星探测器“萤火虫第一”。“大火”失败了 。

数据显示,自1960年以来 ,美国 ,苏联/俄罗斯 ,日本,欧洲和印度进行了44个火星探测项目,但只有23个成功和部分成功的任务,完全成功率为43%,其余项目有探测器坠毁 ,故障或丢失 。什么是部分成功?国家太空探索技术首席科学传播专家庞志浩在接受《科学技术日报》采访时解释说:“例如,苏联的“火星3号”探测器在降落仅20秒后回送后失去了联系火星。一些专家说这是成功的。有些人说他们没有成功 。”

有人可能会问 ,登月成功率更高吗?对此 ,庞志浩表示,探月的成功率不太高 ,完全成功率约为53%,尤其是在早期,失败率比较高。总体而言,成功率略高于火星 。由于不同的统计方法,例如理解成功和部分成功之间的差异,一些统计结果似乎约为60%,而某些统计结果则显示为50%。

在业界,火星被称为“探测器墓地”,其探测难度可想而知。

根据庞志浩的说法,火星距离地球最远约4亿公里,而最近则约为5600万公里 。探测器需要飞行这么长的距离才能到达火星 。它具有用于发射  ,轨道,控制 ,通信,功率,轨道和着陆的所有技术 。有很高的要求。

在发射方面,火箭的运载能力 ,轨道精度和可靠性是进行火星探测的重要先决条件。月球探测器进入月球转移轨道的速度为10.9km/s。火星探测器进入地面火星转移轨道的速度必须至少达到第二宇宙速度(11.2km/s)。因此,当发射质量相同的月球探测器和火星探测器时,后者必须使用更强大的火箭将探测器直接带入地面火源转移轨道,否则将需要消耗探测器自身的燃料并加速飞行时间 ,这会影响探测器的寿命。

“火星探测的最大困难是在火星上着陆。探测器必须经过轨道,下降和着陆过程,该过程通常被称为恐怖7分钟。”庞志浩说,在火星稀薄大气环境下需要7分钟 。探​​测器的速度从20,000km/h降低到零,这需要集成多种减速方法,包括气动减速,降落伞减速和反推力减速 。每个环节都必须准确 ,而且难度同样要困难 。高尔夫球会掉进东京的一个洞中 。”

庞志浩解释说 ,尽管火星大气层的密度仅为地球密度的1%,但与月球着陆相比却是如此。当火星着陆时,探测器还有一个额外的链接可以进入大气层并打开降落伞。由于火星大气可以起一定的减速作用,因此需要非常精确地控制着陆减速 。进入时 ,进入的姿势和角度不得有任何错误。然而 ,人类对火星大气的了解仍然相对有限 ,并且加上测控信号的长时间延迟,进入火星大气之前的姿态,角度和速度调整必须由探测器独立进行。当探测器切入火星轨道时,如果切入点距离火星太远  ,它就无法被火星的引力捕获并经过火星。如果切入点太靠近火星,则有可能坠入火星大气层。此外,探测器进入火星大气层后 ,还应按时打开伞以使其减速,按时剪下伞 ,按时扔下底部,按时悬停在障碍物上 ,按时关闭等 。轻微闪烁会导致故障。

由于距离长,火星漫游车到达火星轨道需要260-320天,而且通讯也是一个大问题。庞志浩说 ,从地球到火星的无线电信号有大约20分钟的单向延迟。同时 ,距离越长,信号越弱,再加上宇宙中的噪声干扰,这对信号传输技术是一个很大的挑战 。为了解决信号衰减问题,探测器需要配备高增益,高可靠性的通信设备,地面还必须具有大直径的深空测控天线,以免探测器被“破坏”。由于通讯失败而丢失”。

如果一切都顺利进行 ,则探测器最终将落在火星上 ,但要顺利进行工作并不容易 。庞志浩说 ,要在月球表面工作,月球车​​需要度过漫长的夜晚。漫长的月亮夜晚相当于地球上的14天,温度可以达到零下180摄氏度。火星上的温差不是很大,而且一天24小时也是如此。但是,火星上的沙尘暴非常大,是12级台风对地球的影响的6倍。这些飞沙会覆盖流动站的太阳能电池板,使其无法正常工作。从历史上看,第一和第二代美国漫游车被沙尘暴的影响所阻止。“这需要充分提高能源的利用率,包括高效的太阳能电池技术和高效的电池技术,并提高能源系统的功率质量比。例如,太阳能电池板应尽可能大光电转换效率应该更高。”庞志浩说。

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