中国火星采样或于2031年返回, 火星采样很难吗? 比月球采样难多了

2020年绝对是人类历史上的火星探索之年,在这一年中,我国的天问一号、美国的毅力号以及阿联酋的希望号火星探测器都先后发射升空。

为什么人类的火星探测热情一下子如此高涨?其实各个国家看似争先恐后地发射火星探测器并不是为了争夺火星探测第一的名头,而是要抓住这一重要的时间节点。火星是地球的邻居,它与地球一样围绕太阳进行公转,不同的是地球公转一周的时间约为365天,而火星公转一周的时间约为687天,这就使得地球与火星之间的距离会出现变化,而要登陆火星就必须等待火星运行到一个与地球恰到好处的位置,而这样的位置大概每780天才会出现一次,所以要是错过了2020年这个时间节点,就要等到两年之后了。

有趣的是,虽然各个国家火星探测器的发射时间都是相近的,但采样返回的时间却拉开了距离。

按照天问一号总师孙泽洲的报告,中国火星采样返回时间大概在2031年7月,而NASA的火星采样计划预计在2033年才能返回,也就是说这一次我们提前了2年。其实,人类前往地球以外的星球采样早已不是第一次了,只不过之前的采样只是针对离我们最近的月球和一些小行星,前往另外一颗行星采样,这还是第一次,那么火星采样和月球采样有什么不一样呢?火星采样的难度要比月球采样高多了。

探索地外星球的过程可以分成两部分来看,一是飞出去,二是飞回来。

以探月为例,飞出去,我们依靠的是运载火箭,因为现阶段只有运载火箭具有足够的推力能够帮助我们摆脱地球的引力。当探月器摆脱了地球引力进入月球轨道之后,随着速度的降低,探月器会在月球引力的作用下开始降落,在下降到距地表一定的距离之后,登月舱就会点火减速,以便平稳着陆。月球上没有火箭,也没有发射塔,登月舱怎么回来呢?其实登月舱的下降段就是发射架,至于火箭嘛,根本用不少,因为月球没有大气,引力也只有地球的六分之一,所以轻而易举便可以点火升空离它而去。

与探月相比,探索火星可就难多了。

火星拥有大气,尽管它比较稀薄,但这就使得我们不能像月球那样,任由探测器在引力的作用下掉下去,我们需要给探测器增加防护,避免在下降的过程中因为与大气的激烈摩擦所产生的热量而烧毁。在下降到一定高度时,还要张开降落伞进行减速,最后还需要通过火箭反推来实现软着陆。听起来是不是比探月要复杂了不少?但真正的难题还在后面,那就是采样后如何返回。火星虽然比地球小,但它可比月球大多了,所以火星的引力也要远大于月球,所以从火星返回是人类第一次从一颗引力较大而又有大气的行星上尝试起飞。

我们虽然没有办法把运载火箭带到火星上去,但为了能够摆脱火星的引力,就必须要携带大量的燃料,而这其实是一件令人非常头疼的事情。

现阶段人类的航天探测依靠的都是化学动力,而化学动力火箭的特点就是运载能力有限,以长征五号运载火箭为例,它的起飞质量约为870吨,而地球同步轨道运载能力仅为14吨,所以现阶段人类航天活动最容不得的事情就是增加重量了,但为了从火星顺利返回,增加重量又是无法回避的问题,所以此次采样任务最终使用了两枚长征五号火箭,总算是把轨返组合体和着上组合体都送了出去。

着上组合体就是着陆器与上升器。

当该组合体完成了火星采样之后,上升器会点火升空重回火星轨道,而由轨道器和返回器所组成的轨返组合体早就等在了这里。之后,上升器会与轨返组合体进行对接,将采集到的火星样品转移到轨返组合体之中,然而便会踏上回家之路。为什么这一次NASA落后了?其实他们原本也是计划2031年返回,但因为之前的计划太过复杂,以至于增加了火星采样返回计划的整体风险,所以只能将原本的计划一分为二,这样一来自然就延期了,而且从NASA的整个计划来看,2033年可能还是个乐观的估计,如果其中任何一个部分出现问题,也不排除继续延期的可能性。

posted @ 22-07-09 01:50 admin  阅读:
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