2020年7月23日12时41分,我国首个独立火星探测任务天问一号搭乘长征五号遥四火箭,从文昌航天发射场成功升空,下一站火星!
两千年前,屈原在长诗《天问》中发出了“九天之际,安放安属?”和“日月安属,列星安陈?”的旷世之问。两千年后,中国航天人要用实际行动给出解答:行星探测计划“天问”启动,而执行第一站任务的就是去往火星的天问一号。
火星是地球的邻居,二者同为岩质行星,演化与构造类似。火星上有水、稀薄空气、与地球类似的元素、小分子有机物和太阳系最壮观的山川峡谷等,是地球演化历史和未来的重要参照,更是人类梦想成为“跨行星生存物种”的完美下一站。
为征服这个荧荧如火的星球,中国航天人进行了数年的努力。如今,天问一号的闯关之旅才刚刚开始。从发射到着陆,天问一号要经历哪些?
第一关:必须抓住的发射窗口。跟火星比起来,地球距离太阳更近,环绕太阳一周需要约365天,火星则需要约687天。这种“不同步”导致地球和火星之间距离在时刻变化,从5500万千米到4亿千米不等。从地球视角来看,二者每约780天才会合一次。
第二关:强力的运载火箭。在人类航天探索中,航天器的速度是最重要的核心。想实现火星探测,意味着探测器不仅要突破第二宇宙速度,完全摆脱地球引力,还要在此基础上进一步加速,在抵达火星前尽力摆脱太阳引力的巨大影响。
第三关:霍曼转移轨道。1925年,德国航天工程师瓦尔特·霍曼博士出版了图书《Die Erreichbarkeit der Himmelskörper》,在书中提出了著名的霍曼转移轨道。他或许没有想到,这个理论成为后来人类几乎所有火星探测任务的基础。
第四关:深空导航制导与控制。茫茫深空,漫漫长路,此前各个探测任务采用的霍曼转移轨道普遍在4-7亿千米的长度,6-11个月的旅程。天问一号的轨迹耗时7个月左右,预计于2021年2月中才能抵达火星,需要走过的路已经远远超过了中国此前的航天任务。
第五关:“绕、着、巡”,一个都不能少。人类探测火星60年来,共有四种任务类型:惊鸿一瞥的“飞掠”,登高望远的“环绕”,观天测地的“降落”和自由移动的“巡视”。其中,“飞掠”仅是在早期技术不成熟或其他任务兼职探测火星时使用,另外三种是近些年来的任务类型主力。
第六关:切入轨道,静待时机。经过近7个月的长途旅行,2021年2月中,火星终于出现在眼前,天问一号也将被火星引力俘获。环绕器此时要执行最为关键的一步:制动进入环绕火星轨道。
第七关:恐怖七分钟!由于距离过于遥远,地球和火星双向通讯延时将长达几十分钟。且火星着陆时间一般仅在7-8分钟左右,地面工作人员不可能人工控制复杂的火星着陆过程,这一切全要靠着陆器自己完成。
第八关:巡视器出发,开机工作。“绕”、“着”、“巡”的串联任务终于进行到最后一步。着陆器稳定着陆后,将会与环绕器联络,确定工作状态,上传记录的全部数据,传回地球。一切确认后,着陆器将放出导轨,巡视器开机,积累到足够能量后,行驶抵达火星表面,开始工作。
天问一号不仅是我国火星探测任务的开始,也宣布了我国长远行星探测任务的开启。火星,只不过是下一站。在可以预见的将来,天问系列不仅会探测火星,还会去地球最近的邻居金星,还有可能挑战极限,前往更大难度的太阳系内侧水星和外侧四大气态行星(木星、土星、天王星、海王星)和小行星、矮行星等。希望天问一号火星探测任务一切顺利,也希望天问系列带着中国人的梦想飞遍寰宇。