画是田原一号着陆想象
你知道,2021年是火星探索的非常重要的一年。如果三个火星探测器跑向火星,两台探测机器人计划登陆火星,那么登陆火星时会出现什么技术问题?
画是田原一号想象力
我们的天元一号皮带着陆器和探测机器人计划在5月份登陆火星。
大家也都听说过了,火星着陆这个过程被称为“魔鬼7分钟”,这个名称一听就够吓人的。那么到底登陆火星有哪些关键的难题?一说到这儿,可能有的听众说,哎呀,火星着陆器着陆的时候跟火星大气剧烈摩擦,表面烧得跟一团火似的,恐怕这是它最难的地方吧?其实不是这样,火星着陆器确实有这个进入大气层以后和大气层剧烈摩擦的过程,但是它的技术的难点并不在这里。图为天问一号探测器
我们可以把在火星着陆跟在月球着陆,以及返回地球做一个比较。大家知道月球没有空气,所以降落伞是没用的,着陆时要降低速度只能靠着反冲火箭来减速,而载人飞船上的航天员要返回有稠密的大气层的地球,靠什么减速呢?我们主要靠降落伞,只是在接近地面的时候再使用反冲火箭。但是火星不一样,它介于这两个天体之间,它有大气,但是大气非常地稀薄,所以我们采用的方式既不同于基本靠反冲火箭的月球,又不同于主要靠着降落伞减速的地球,所以这个技术比较复杂,它是一种多种技术的结合,难点也就反映在各种技术怎么衔接的、每一个过程怎么能执行得非常完美,所以这是一个综合实力的大比拼,能否成功涉及到每项技术是否完善、动作是否执行得完美。
我们以欧洲空间局那两次登陆为例,它搞了两次火星登陆,但是全都失败了,当然了,它的两个轨道器都成功地围绕着火星运行,那么上次欧洲空间局这个火星车着陆是在什么时候失败的呢?是在最后的关键的时刻,距离着陆就差50秒钟时间了,但是失联了没有信号了,跟地面失去了联系。后来的检查结果显示实际上它最后的速度太大,撞击到了火星的表面。
图为坠毁的欧空局探测器想象图
那我们看看它们具体的过程:它在高度121公里的时候进入到大气层,进入到大气层的速度大概是每秒5.8公里,进入到大气层里头就自由下落,和大气层剧烈地摩擦生热,所以表面跟一团火似的。若等它降到45公里高度的时候,这个气动加热是最严重的,但是还继续加热,降落到11公里的时候这个时候速度大概是每秒0.5公里了。因为它在大气摩擦过程中,既生热而且也使它的速度变化,这时候才展开降落伞。所以在什么高度上展开降落伞,其实也是一个重要的环节。
展开降落伞以后,速度降下来了,再往下落,一直降落到7公里的时候,速度只有每秒88米了,这时候就抛掉了热屏蔽罩,一直到1.2公里的时候它抛掉了降落伞,在1.1公里的时候点燃反冲火箭减速,等到距离火星表面两米的时候就关掉反冲火箭这个发动机,但是在最后两个关键的环节都出了问题了。
图为欧空局探测器坠毁现场
问题出在哪儿了?后来经过分析,就是它的降落伞提前抛掉了,使得速度达不到要求,如果仅仅出了这个问题,反冲火箭也能对它进行补偿,但是反冲火箭点火的时间也出现问题了,按照计划,它应当点火时间有30秒,但实际上它点火时间只有三秒钟,这样就导致了冲击火星表面的速度非常大,对比按照原来计划落地时间的50秒之前它就失联了,那可能就撞击到火星表面了,所以这是一个惨痛的教训。
图为天问一号着陆火星想象图
反观我们的天问一号,虽然我们国家是第一次在火星着陆,但是我们在这之前已经有三次在月球着陆的经验,而这个经验可以说是相当丰富的,特别是我们在月球着陆的时候采用了悬停技术,这个技术对于保障安全着陆非常重要,不仅会使着陆点准确,可以避障且安全地着陆,同时它还对着陆安全起到了一个保险的作用,也就是说原来降落伞没有达到的要求我们在最后一个环节可以补偿,保证在落地时的速度比较低,继而实现成功的软着陆。正因我们有这些登月的经验我对天问一号是抱有很大信心的。