中国的火星探测项目田文一号即将发射。这一次与以往不同,田文一号要同时完成三项任务:火星环绕、着陆和火星表面探测。
在此之前,从来没有一个国家能够同时完成这三个项目。如果中国的田文一号项目成功,它将刷新人类探索行星的历史。
为了更好地了解我国的田文一号工程,让我们从田文一号的发射说起。
天问一号发射日期田文一号的名字来源于屈原的长诗《田文》,寓意真理之路漫漫,科技创新追求永无止境。
大家有没有注意到,最近阿联酋、美国、中国都有发射火星探测器的计划,而且好像都很着急。大家都集中在最近一段时间。
之所以会这样,是因为最近一段时间属于发射火星探测器的窗口期。我们知道,火星和地球虽然都是太阳系的行星,但它们都有自己的轨道,运行到不同的轨道时,它们之间的距离也是不同的。
火星到地球的最远距离是4亿多公里,而最近只有5500万公里。当火星最接近地球时,这种天文现象也被称为“火星冲向太阳”。
火星不是每年冲一次,而是每26个月冲一次。然而,火星冲向太阳并不是人们发射火星的最佳时机。这是因为虽然此时的距离最近,但火星探测器此时无法借力,消耗的燃料更多。
因此,人们一般选择在火星撞击日期前两三个月左右发射探测器。此时,火星探测器可以沿着霍曼轨道飞往火星。虽然遵循这个轨道需要更多的时间和更长的距离,但消耗的燃料更少。
这就是为什么今年10月份火星会撞上太阳,但阿联酋、美国和中国都选择在7月份左右发射火星探测器。
发射火星探测器的地点中国酒泉有一个火箭发射基地,但今年没有在酒泉发射,而是选择了海南文昌火箭发射基地。之所以选择这个地方,其实是有深意的。
首先,由于地球的自转和自转轴的存在,单位时间内地球不同部分走过的距离不同,也就是线速度不同。
其中,越靠近赤道,线速度越大,所以有坐在地上一天能走八万里的说法;越靠近极地,线速度越小。
为了节省燃料,火星探测器自然会使用地球赤道的线速度。这是因为线速度越大,对发射器的推力越大,相当于把火星发射器“扔”出去。
田文一号的发射方向是向东,因为地球从西向东转,向东发射可以借助地球自转节省燃料。
火星探测任务中国的田文一号有三大探测任务:绕火星飞行、着陆和探测。以前没有一个国家敢把这三项任务放在一起,因为这三项任务每一项都很难,稍有不慎就会导致探索计划的失败。
首先是围绕火星。绕火星的难度主要在于人类无法控制。这是因为火星距离地球非常远,人类发射的火星探测器向地球传输信号至少需要22.3分钟。
当人类接收到信号,然后传输到火星探测器,又需要22.3分钟,这意味着一个简单的指令至少需要44.6分钟才能被传输和接受。
所以当火星探测器接近火星时,只能依靠预设的程序减速。一旦遇到突发情况或数据不准确,火星探测器可能会被火星引力捕获不到,无法绕火星旋转。
我们知道,火星到地球的最近距离是5500万公里,火星探测器要飞这么长时间,难免会有意外。一旦速度与原始数据不准确,就可能导致勘探计划的失败。
因此,环绕火星飞行是中国田文一号面临的第一个问题。
田文一号面临的第二大挑战是着陆。在过去,一个火星探测器从Tai 空降落到火星表面需要7分钟,而这7分钟也被称为“恐怖的7分钟”,因为火星上的大气非常不适合着陆。
同样,在这7分钟里,地球上的人类也无法控制。因为信号延迟,在这7分钟里,火星探测器无论发生什么事情,都只能靠自己解决,所以大部分火星探测器在这个阶段都是失败的。
田文一号面临的第三个挑战是探索。火星探测器应该选择一个合适的地方着陆。这是因为火星探测器的能源是太阳能。如果到达太阳照射不到的地方,火星探测器就不起作用。
虽然这三个挑战在文字上并不是特别难,但实际上人类历史上已经发射了40多个火星探测器,但只有8个成功着陆并正常工作。从概率上可以看出探测火星的难度有多大。
而中国发射田文一号是一次性攻克三大难题,可想而知挑战有多大。
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