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千年天問 夢(mèng)圓火星——我國(guó)星際探測(cè)征程邁出重要一步

2021-05-16 09:18:00
來源:新華網(wǎng)
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  新華社北京5月15日電 題:千年天問 夢(mèng)圓火星——我國(guó)星際探測(cè)征程邁出重要一步

  新華社記者胡喆、陳席元、徐鵬航

  “天何所沓?十二焉分?日月安屬?列星安陳?”兩千多年前,詩(shī)人屈原仰望蒼穹,發(fā)出“天問”。兩千多年后,以屈原長(zhǎng)詩(shī)命名的天問一號(hào)探測(cè)器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū),完成了一次教科書式的精準(zhǔn)著陸,在火星上首次留下中國(guó)人的印跡,邁出了我國(guó)星際探測(cè)征程的重要一步。

  在太空中長(zhǎng)途跋涉295天,天問一號(hào)一路走來經(jīng)歷了哪些激動(dòng)人心的時(shí)刻?著陸火星后還有哪些使命和看點(diǎn)?

  奔火之路 殊為不易

  2020年7月23日,我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器在文昌航天發(fā)射場(chǎng)搭載長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射。

  2020年7月23日,在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng),天問一號(hào)探測(cè)器由長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射。新華社記者 才揚(yáng) 攝

  自發(fā)射以來,天問一號(hào)經(jīng)歷了地火轉(zhuǎn)移段、制動(dòng)捕獲段、環(huán)火飛行段等飛行過程,成功完成火星制動(dòng)捕獲,完成了“繞、著、巡”三大目標(biāo)中環(huán)繞探測(cè)目標(biāo)。

  在地火轉(zhuǎn)移期間,天問一號(hào)完成了地月成像、四次中途修正、深空自拍、深空機(jī)動(dòng)等一系列操作,至今令人印象深刻。

  ——深情回望,拍攝地月合影。2020年7月27日,環(huán)繞器在飛離地球約120萬(wàn)公里處回望地球,利用光學(xué)導(dǎo)航敏感器對(duì)地球、月球成像,獲取了清晰地月合影。在這幅黑白合影圖像中,地球與月球一大一小,均呈新月狀,在茫茫宇宙中交相輝映。

  這是2020年7月27日天問一號(hào)探測(cè)器利用光學(xué)導(dǎo)航敏感器拍攝的地月合影。新華社發(fā)(國(guó)家航天局提供)

  ——軌道修正,讓天問飛得更穩(wěn)。天問一號(hào)先后完成了四次中途軌道修正,對(duì)3000N發(fā)動(dòng)機(jī)及120N、25N推力器的在軌性能、工作模式進(jìn)行了全面驗(yàn)證。

  ——深空自拍,五星紅旗閃耀太空。2020年10月1日,國(guó)家航天局發(fā)布了天問一號(hào)探測(cè)器飛行圖像,圖上的五星紅旗光彩奪目,呈現(xiàn)出鮮艷的中國(guó)紅,這是我國(guó)探測(cè)器采用分離測(cè)量傳感器完成首次深空自拍。

  ——首拍火星,成功獲取中國(guó)首幅近火圖像。2021年2月5日,國(guó)家航天局發(fā)布了天問一號(hào)在距離火星約220萬(wàn)公里處,獲取的首幅火星圖像。本次成像采用環(huán)繞器高分辨率相機(jī)的黑白成像模式。

  ——近火制動(dòng),環(huán)繞火星成功。2021年2月10日,天問一號(hào)探測(cè)器實(shí)施近火制動(dòng),3000N發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)工作約15分鐘,探測(cè)器順利進(jìn)入近火點(diǎn)高度約400公里,遠(yuǎn)火點(diǎn)高度180000公里,周期約10天,傾角約10度的大橢圓環(huán)火軌道,成為我國(guó)第一顆人造火星衛(wèi)星,實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”第一步“繞”的目標(biāo),環(huán)繞火星獲得成功。

  2020年8月2日7時(shí)整,我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器3000牛發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)工作20秒鐘,順利完成第一次軌道中途修正,繼續(xù)飛向火星。這是2020年8月2日在北京航天飛行控制中心拍攝的現(xiàn)場(chǎng)畫面。新華社記者 才揚(yáng) 攝

  2021年2月12日,國(guó)家航天局發(fā)布天問一號(hào)制動(dòng)捕獲過程動(dòng)態(tài)影像,火星大氣層及表面形貌清晰可見。

  2021年2月24日,天問一號(hào)探測(cè)器成功實(shí)施第三次近火制動(dòng),進(jìn)入周期2個(gè)火星日的火星停泊軌道后,對(duì)火星開展全球遙感探測(cè),并對(duì)預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行詳查,探測(cè)分析地形地貌、沙塵天氣等,為著陸火星做準(zhǔn)備。

  2021年2月10日,在北京航天飛行控制中心指揮大廳,航天科研人員慶祝我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)環(huán)繞火星成功。新華社記者 金立旺 攝

  踏上火星 感覺良好

  被火星成功捕獲以后,天問一號(hào)經(jīng)過幾個(gè)月的養(yǎng)精蓄銳終于開啟了第二階段任務(wù)——“著陸”;鹦堑谋卑肭蚨嗥皆习肭蚨嗌降,此次火星軟著陸的地點(diǎn)就選擇在火星北半球?yàn)跬邪钇皆哪喜俊?/p>

  整個(gè)降落過程大致分為“進(jìn)入—減速—軟著陸”三步。航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部火星探測(cè)器總體主任設(shè)計(jì)師王闖介紹,天問一號(hào)在進(jìn)入火星大氣層以后首先借助火星大氣,進(jìn)行氣動(dòng)減速,這個(gè)過程它克服了高溫和姿態(tài)偏差,氣動(dòng)減速完成后天問一號(hào)的下降速度也減掉了90%左右。

  緊接著天問一號(hào)打開降落傘降速,當(dāng)速度降至100米每秒時(shí),天問一號(hào)通過反推發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速,由大氣減速階段進(jìn)入動(dòng)力減速階段。

  在距離火星表面100米時(shí)天問一號(hào)進(jìn)入懸停階段,完成精避障和緩速下降后,著陸巡視器在緩沖機(jī)構(gòu)的保護(hù)下,抵達(dá)位于火星東經(jīng)109.9°北緯25.1°的著陸點(diǎn)。

  總的來說,整個(gè)過程天問一號(hào)在9分鐘內(nèi)將約2萬(wàn)千米每小時(shí)的速度降到0。值得一提的是,雖然此前我國(guó)已有月表著陸經(jīng)驗(yàn),但是此次天問一號(hào)火星軟著陸任務(wù)更加艱難。

  專家告訴記者,一方面火星表面存在大氣,因此火星比月球表面有更復(fù)雜的環(huán)境;另一方面火星離地球距離更加遙遠(yuǎn),通信時(shí)延達(dá)到20分鐘左右,因此整個(gè)著陸過程相距遙遠(yuǎn)的地表來不及做任何處置,只能靠天問一號(hào)自主完成,經(jīng)歷“生死九分鐘”。

  航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部火星巡視器總體主任設(shè)計(jì)師陳百超表示,天問一號(hào)是我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù),對(duì)火星的環(huán)境,特別是大氣等參數(shù),我們沒有一手?jǐn)?shù)據(jù),所以相當(dāng)于我們到了一個(gè)完全未知的環(huán)境,難度和挑戰(zhàn)可想而知。

  2021年5月15日,航天科研人員在北京航天飛行控制中心指揮大廳慶祝我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)著陸火星成功。新華社記者 金立旺 攝

  著陸火星 使命不凡

  成功著陸后,“繞、著、巡”的串聯(lián)任務(wù)終于進(jìn)行到最后一步。首先,著陸器將著陸信息通過環(huán)繞器轉(zhuǎn)發(fā)地面,先后完成坡道及太陽(yáng)翼天線展開,火星車在第一時(shí)間將成功展開的消息傳回地面。一切就緒后,祝融號(hào)火星車將自主駛離著陸器,抵達(dá)火星表面,開啟新的征程。

  探測(cè)火星不僅是工程任務(wù)的突破,更是行星科學(xué)領(lǐng)域的突破。

  除了常規(guī)的通訊、能量來源(太陽(yáng)能帆板)、支撐結(jié)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)等部分外,天問一號(hào)整體上攜帶了13種科學(xué)載荷,其中7個(gè)在火星上空的環(huán)繞器上,分別是中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、次表層探測(cè)雷達(dá)、火星礦物光譜探測(cè)儀、火星磁強(qiáng)計(jì)、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀。6臺(tái)分布在火星車上,分別是多光譜相機(jī)、次表層探測(cè)雷達(dá)、火星表面成分探測(cè)儀、火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀、火星氣象測(cè)量?jī)x、地形相機(jī)。

  它們共有五大使命,主要涉及火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等研究,將給我國(guó)帶來探測(cè)火星的一手資料。其中,與氣象有關(guān)的研究項(xiàng)目將收集有關(guān)溫度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向的大氣數(shù)據(jù),并研究火星的磁場(chǎng)和重力場(chǎng),這些也將解答大家的疑惑——火星究竟是什么樣的氣候。

  “天問一號(hào)成功著陸火星,成為我國(guó)星際探測(cè)征程上具有里程碑意義的重要一步!蔽覈(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋表示,經(jīng)過六年的科研攻關(guān),發(fā)射場(chǎng)百余天的堅(jiān)守,以及295天的飛行控制,天問一號(hào)實(shí)現(xiàn)了一次教科書式的精準(zhǔn)著陸,展示了我國(guó)深空探測(cè)技術(shù)的先進(jìn)能力,體現(xiàn)了我們集中力量辦大事的制度優(yōu)勢(shì)。

  后續(xù),除了火星車要在火星表面進(jìn)行巡視探測(cè)外,天問一號(hào)環(huán)繞器也將繼續(xù)工作。天問一號(hào)探測(cè)器副總指揮張玉花告訴記者,環(huán)繞器將在完成著陸過程的中繼通信任務(wù)后,在周期為兩個(gè)火星日的停泊軌道上運(yùn)行一圈,之后在近火點(diǎn)實(shí)施變軌機(jī)動(dòng),將軌道變?yōu)橹芷跒槿种粋(gè)火星日的中繼軌道,這樣一個(gè)火星日內(nèi),環(huán)繞器可為火星車提供一次近火點(diǎn)中繼通信和一次遠(yuǎn)火點(diǎn)中繼通信,為后續(xù)的巡視探測(cè)任務(wù)提供信息傳輸服務(wù)。

  2021年3月4日,國(guó)家航天局發(fā)布3幅由我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器拍攝的高清火星影像圖,包括2幅全色圖像和1幅彩色圖像。這是國(guó)家航天局公布的高清火星影像圖。新華社發(fā)(國(guó)家航天局供圖)

  火神“祝融” 荒野求生

  火星的環(huán)境是出了名的惡劣,要想完成使命,火星車首先得存活下來。這就需要祝融號(hào)足夠強(qiáng)大。

  中國(guó)曾數(shù)次造訪月球,積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。但月球與火星最大的不同,便在于月表近乎真空,而火星有大氣層,這大大增加了探測(cè)火星的難度。

  如果只是看圖片,火星的地貌似乎與地球上的沙漠戈壁無異。事實(shí)上,火星上的風(fēng)速可達(dá)每秒180米,這幾乎是地球上特大臺(tái)風(fēng)風(fēng)速的三倍還多。狂風(fēng)會(huì)掀起大量的沙塵、石塊,形成特大沙暴,讓祝融號(hào)的眼睛蒙塵、翅膀不再靈活。

  面對(duì)這樣的情況,設(shè)計(jì)師們使用了一種新材料,這種材料不易沾上灰塵,即使沾上,也可以通過振動(dòng)將其抖落;鹦潜砻孢密布著石塊等障礙物,這就使得火星車的行駛需要更加“小心翼翼”,以免被障礙物卡住造成操作的遲滯。

  那么如何讓火星車的每一步都走得更加穩(wěn)妥呢?在北京的實(shí)驗(yàn)室中,有一臺(tái)一模一樣的火星車。當(dāng)在火星上遇到復(fù)雜的路況時(shí),地球上的火星車將對(duì)火星路況進(jìn)行模擬行駛,確認(rèn)無誤后才會(huì)發(fā)出指令。

  按照計(jì)劃,90個(gè)火星日后,火星車將結(jié)束巡視探測(cè)工作,環(huán)繞器也將進(jìn)行軌道調(diào)整,從而開展環(huán)繞科學(xué)探測(cè)。

  在航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部天問一號(hào)探測(cè)器副總設(shè)計(jì)師賈陽(yáng)的案頭,擺放著一枚精美無比的藍(lán)色蝴蝶標(biāo)本。據(jù)賈陽(yáng)透露,火星車的設(shè)計(jì)靈感,正是來自這枚蝴蝶——無線電成了它的復(fù)眼,天線成了它的觸須,而火星車的車標(biāo),設(shè)計(jì)靈感也是來自800年前的印章文物?茖W(xué)和詩(shī)意,在這一刻交融、升華。

  全球矚目的祝融號(hào)這只“火星蝴蝶”,后續(xù)又會(huì)給人們帶來什么意想不到的發(fā)現(xiàn)和驚喜呢?請(qǐng)大家一起拭目以待吧!

  2020年10月1日,國(guó)家航天局發(fā)布我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器飛行圖像。新華社發(fā)(國(guó)家航天局供圖)

  2020年10月9日23時(shí),在我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)飛行控制團(tuán)隊(duì)控制下,天問一號(hào)探測(cè)器主發(fā)動(dòng)機(jī)工作480余秒,順利完成深空機(jī)動(dòng)。這是2020年10月9日在北京航天飛行控制中心拍攝的現(xiàn)場(chǎng)畫面。新華社記者 才揚(yáng) 攝

  2021年2月5日20時(shí),天問一號(hào)探測(cè)器發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作,順利完成地火轉(zhuǎn)移段第四次軌道中途修正,以確保按計(jì)劃實(shí)施火星捕獲。國(guó)家航天局同步公布了天問一號(hào)此前在距離火星約220萬(wàn)公里處獲取的首幅火星圖像。新華社發(fā)

  2021年3月26日,國(guó)家航天局發(fā)布2幅由我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器拍攝的南、北半球火星側(cè)身影像。這是一張拼版照片,上圖為:北半球上方火星影像;下圖為:南半球上方火星影像。

  2021年5月15日,中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋介紹著陸巡視器有關(guān)情況。新華社記者 饒愛民 攝

[責(zé)任編輯:李寧]