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7分钟,从时速20000公里到安全着陆,毅力号如何登陆火星?

 无上科学信仰 2021-03-23

如果说除去地球之外,太阳系剩余的七颗行星之中,还有哪一颗有可能存在生命,那无疑就是火星了。

科学家们认为曾经的火星,拥有磁场、适宜的大气环境以及液态水,而有了这些,就极有可能会诞生生命。那么火星是否曾经拥有生命呢?只是主观臆测是无法得出结论的,于是就要向火星派出探测器,通过搜寻样本,寻找生命曾经存在过的痕迹。本着这个目的,毅力号火星探测器出发了。

毅力号火星探测器是NASA公布的新一代火星车,它于2020年7月30日升空,于2021年3月4日完成了首次火星行驶。火星是地球的邻居,在太阳系的行星之中,除去金星,火星是距地球最近的,虽说如此,两者的最近距离也有5500万公里,而最远距离甚至超过了4亿公里,所以探索火星并不是一件轻松的事情。

探索火星并不容易,那最困难的部分在哪里呢?乘坐过飞机的人都知道,飞机有两个时刻是最为危险的,一是起飞、二是降落,这些飞在天上的机器似乎都有着相同的特性,对于毅力号火星探测器而言,最危险的时刻同样也是登陆火星的过程。

火星距离地球很远,不过好在太空是几近真空的,所以毅力号可以以极高的速度向火星前进,但同时这也给登陆带来了麻烦,在迫近火星大气的时候,毅力号的时速大概可以达到20000公里左右。这意味着在短短的7分钟之内,毅力号这匹野马的速度就要从时速20000公里直接归零,这是一个颇具难度的挑战,而最难的地方在于,整个过程,地球上的人帮不上多少忙。

火星与地球说远不远、说近不近,而信号的传输并不是瞬时的,在相隔数千万公里的距离上,火星车的无线电信号需要11分钟才能够传回地球,也就是说当我们看到毅力号进入火星大气的时候,实际上它已经站在火星表面了,也就是说整个登陆过程都必须要由毅力号自主完成。

那么毅力号是如何独自面对挑战、安全登陆火星的呢?在与火星大气接触之前,毅力号要做的第一件事就是调整自己的姿态,虽然火星的大气密度只有地球大气的10%左右,但对于高速行驶的毅力号而言,大气阻力同样会让它迅速升温,所以就必须要调整姿态,让最耐热的部分来面对大气的摩擦。在毅力号的前方是一个耐高温的隔热罩,它可以保证毅力号内部始终保持常温。事实证明了隔热罩的作用,在于火星大气接触1分钟之后,隔热罩外层的温度就超过了1000度,但内部依然如常。

除了在进入火星大气之前要调整姿态,在整个的下落过程中都要通过小型推进器进行实时姿态调整,这是因为大气中存在着很多密度不同的气团,这些气团会导致探测器失衡或偏离预定降落轨道。

那么接下来是不是就等着速度下降后,打开降落伞就可以安全着陆了?没有这么简单,因为这不是在地球上。大气的阻力会帮助探测器减速,当速度下降到时速1600公里以下时,就可以打开降落伞并扔掉隔热罩了。此时探测器还要通过收集到的影像与机载地图进行对比,来判断自己是否偏离了预定的降落地点,并及时作出调整。确定了目标、锁定了方位,但危险还没有过去,因为这是在火星。火星的大气密度不够,所以只依靠降落伞不能达到最终的着陆速度。

降落伞只能帮助毅力号实现时速300公里左右,接下来就要抛下降落伞,启动下降段引擎来继续减速。

在距火星表面20米左右的地方,时速终于降到了2.7公里,此时下降台会通过三根电缆放下火星车,一旦火星车的轮子与地面发生接触,那么它会立刻切断电缆,然后下降台会飞离地面,以便保持与火星车的安全距离,之后会在不受控制的情况下实现着陆。至此,毅力号火星车就彻底完成了登陆火星的全过程。

之后毅力号就要开始它的火星之旅了,它会在火星上收集样本,用于分析寻找火星生命存在的潜在证据。等等,采集完样本的火星车怎么回来?它暂时回不来,它需要等待人类去接它,预计最早在2031年,将会通过太空任务将其所采集的样本带回地球。

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