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天问一号开启火星探测之旅

火星是太阳系中距离地球较近、自然环境与地球最为类似的行星之一,一直以来都是人类深空探测的热点。人类对火星的探索,从最初的飞越探测,逐步深入到如今的探寻火星生命迹象。7月23日,我国在海南文昌航天发射场成功将“天问一号”火星探测器送入预定轨道,迈出了我国行星探测第一步。
 
  向火星进发
 
  “遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之?”2300多年前,诗人屈原挥笔写下名篇《天问》,全诗通篇是对天地、自然和人世等事物现象的发问。2020年“中国航天日”启动仪式在国家航天局网站等网络平台举行,中国首次火星探测任务名称及标识正式公布。中国行星探测任务被命名为“天问系列”,首次火星探测任务被命名为“天问一号”,后续行星任务依次编号。
 
  7月23日12时41分,我国在海南文昌航天发射场,用长征五号遥四运载火箭成功发射首次火星探测任务“天问一号”探测器,火箭飞行约2167秒后,成功将探测器送入预定轨道,迈出了我国行星探测第一步。
 
  “天问一号”探测器将在地火转移轨道飞行约7个月后,到达火星附近,通过“刹车”完成火星捕获,进入环火轨道,并择机开展着陆、巡视等任务,进行火星科学探测。此次实施的火星探测任务,将通过一次发射,实现“绕、着、巡”(火星环绕、着陆和巡视探测)三大任务,这在世界航天史上尚属首次。
 
  首次火星探测任务的科学目标,主要是实现对火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等研究。
 
  人类火星探测
 
  从1960年苏联发射“火星1号”探测器开始,截至目前,人类已对火星实施了44次探测任务。国际火星探测取得了丰富成果,发现了曾经有水、甚至现在还存在水的若干证据,极大激发了人们在火星寻找生命的热情,也成为当前国际深空探测的热点。
 
  地球与火星之间的距离处于不断变化中,最近的距离为5500万公里,最远时为4亿公里以上。为了节省发射成本,各国在发射火星探测器时都选择地球与火星距离较近的时机。今年7月下旬至8月上旬是一个难得的时间窗口,这样的机会每隔26个月才有一次。1996年以来,几乎每个发射窗口都有火星探测器发射,今年更是迎来了多国齐聚火星发射窗口,共同奔赴火星的高潮。
 
  由于探测器抵达火星需要飞行遥远的距离,因此,对发射、轨道、控制、通信、电源、入轨、着陆等技术都有很高要求。火星探测最大的难点是在火星着陆时,探测器要经历入轨、下降与着陆过程,这一过程通常被称为“恐怖7分钟”。在火星稀薄的大气环境下需要用7分钟将探测器速度从2万千米/小时降低到零,这需要包括气动减速、降落伞减速和反推减速等多种减速手段融合实现,每个环节都必须精准无误。
 
  北京时间7月20日,日本在种子岛航天中心使用H-2A运载火箭,成功将阿联酋的“希望号”火星探测器发射升空。探测器计划于2021年2月进入火星轨道。“阿联酋火星任务”的科学目标是研究火星大气和气候,提供对火星大气的全面了解。
 
  美国国家航空航天局(NASA)“毅力号”火星车计划于7月30日发射升空,并将携首架火星直升机“机智号”一同前往火星,其任务包括寻找可能在火星上存在过的生命迹象、探索火星的气候和地质特征、为人类登陆和探索火星探路等。美国的“好奇号”探测器自2012年在火星着陆以来,一直不断传送令人惊叹的火星照片。“毅力号”火星车在“好奇号”火星车的基础上改进而来。
 
  地球与火星
 
  太阳系共有八大行星,按照距离太阳的远近,依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,其中水星、金星、地球、火星叫做类地行星,其他排列在外圈的叫做类木行星(巨行星)。根据目前的研究,类地行星的主要成分都是硅酸盐,均为固体表面,都有核、幔、壳等分层结构;类木行星主要由氢、氦和水等组成,不一定有固体的表面。在类地行星中,火星的自然条件与地球最为类似。
 
  地球
 
  地表温度
 
  1.地球表面温度为-89.2~58.6摄氏度
 
  2.火星表面温度为-133~27摄氏度,与地球最为接近。
 
  3.金星表面温度为465~485摄氏度
 
  4.水星表面温度为-173~452摄氏度
 
  火星
 
  外形
 
  a.地球半径6378公里
 
  b.火星半径3397公里,大致是地球的一半
 
  c.火星的体积是地球的1/7,质量是地球的1/10
 
  d.火星地表沙丘、砾石遍布,大气以二氧化碳为主,既稀薄又寒冷,外表呈现橘红色
 
  
  自转、公转形成的季节和时间
 
  1.地球的一天为24小时,有一年四季
 
  2.火星的一天则是24小时39分35秒,火星上也有一年四季
 
  3.火星自转轴倾角、自转周期均与地球相近,平均火星日为24小时39分
 
  4.金星的一天相当于地球的243天
 
  5.水星的一天相当于地球的58天
 
 
  “天问一号”火星探测器
 
  探测器分为环绕器和着陆巡视器。环绕器和着陆巡视器将要开展的探测工作包括:
 
  照 相 看看火星长啥样,传回火星图像
 
  测物质 火星表面的物质、构成成分
 
  测环境 探测火星的磁场环境、离子与中性粒子、高能离子
 
  看内部 探测火星地下的分层结构
 
  看气象 火星上的温度变化,测风、测温、测气压
 
  7月22日,“天问一号1:1着陆平台和火星车”正式对外发布。在火星探测任务中,火星车将承担火星表面巡视探测的重要使命。火星车将在火星上开展地表成分、物质类型分布、地质结构以及火星气象环境等探测工作。
 
  火星车上搭载了6种有效载荷,包括地形相机、多光谱相机、次表层探测雷达、表面成分探测仪、表面磁场探测仪、气象测量仪,为完成火星表面巡视探测科学任务提供保证。同时,为了适应火星地表的特殊环境,火星车还具备环境感知、障碍识别、局部路径规划及多轮运动协调控制等功能。
 
  火星车在火星上依靠太阳能来获得能源,它的设计寿命为3个火星月,相当于约92个地球日。其间,火星车将对火星的地质、环境、气象等进行探测,人们可直观地了解火星和地球环境的异同。
 
  【延伸阅读】
 
  7月24日,国家航天局探月与航天工程中心在海南文昌启动了我国第一辆火星车全球征名。据悉,7月24日起到8月12日24时,是全球征名活动的第一阶段,公众可以通过手机应用程序官方征集渠道提交,也可以通过纸质形式投递到中国首辆火星车全球征名活动办公室。
 
  “天问一号”发射成功后的一小时内,百度相关搜索热度增长了1560%。人工智能助手“小度”为火星车贡献了第一个人工智能提出的命名——朱雀。
 
  来源:国家航天局官网、新华网、人民网、央视网、《人民日报》《科普时报》《科技日报》等。
 
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