美國「毅力號」登陸火星,它與天問一號區別在哪?

北京時間2021年2月19日,美國的第五台火星車毅力號抵達火星,直接登陸,於4時55分成功降落在傑澤羅隕石坑。許多人此時想到的卻是我國天問一號火星探測器。它於2月10日進入環火軌道,將圍繞火星飛行3個月左右,計劃於2021年5月至6月擇機實施火星着陸。

◎ 科技日報記者 付毅飛

美國「毅力號」登陸火星,它與天問一號區別在哪?

「毅力號」火星探測器在傑澤羅隕石坑着陸後,傳回的第一張火星地表照片。圖片來源:物理學家組織網

2台探測器從地球飛到火星所用的時間幾乎一樣,為何在降落環節區別這麼大?

全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩向科技日報記者表示,中美火星探測的任務目標和技術方案均不相同。毅力號的任務目標是尋找生命,而且美國通過此前的探測,對着陸點比較熟悉,因此他們選擇「直奔主題」。我國首次火星探測任務則是將「繞、落、巡」三步並作一步,在環繞過程中對着陸區進行詳細勘測。

美國「毅力號」登陸火星,它與天問一號區別在哪?

天問一號探測器火星捕獲過程影像(定向天線監視相機畫面)。

中國航天科工集團二院研究員楊宇光認為,從技術角度來講,毅力號所用着陸方案難度更大。

19日凌晨,毅力號探測器到達火星後與巡航平台分離,以每秒5.3公里的相對速度進入火星大氣,在距離火星表面11公里高度打開超音速降落傘。降至2公里高度時,探測器拋掉降落傘,改用「空中吊車」方式,利用發動機反推減緩降落速度。距離地面20米時,探測器下落速度降至每小時2.5公里,火星車被一根7.6米長的繩索懸吊下來。4點55分,毅力號火星車安全着陸,整個降落過程約為17分鍾。

美國「毅力號」登陸火星,它與天問一號區別在哪?

楊宇光表示,這一技術方案與美國此前發射的好奇號火星車類似,有好處,也帶來許多困難和挑戰。

毅力號探測器總重超過4噸,相比重約5噸的天問一號要輕一些。不過,天問一號的總質量中,有大約一半是燃料。楊宇光介紹說,天問一號在實施近火制動過程中,消耗了將近1噸燃料,將速度降低了大約每秒1公里。而毅力號是直接進入火星大氣,利用大氣摩擦阻力進行減速,這樣可以節省大量燃料。

美國「毅力號」登陸火星,它與天問一號區別在哪?

「毅力號」火星探測器安全降落在火星上。圖片來源:NASA

因此,毅力號火星車可以設計得又大又復雜,其重達1043公斤,超過好奇號火星車成為世界最大的行星漫遊車。而天問一號除去推進劑的重量以後,環繞器大約重1.2噸,着陸器、火星車加起來重約1.3噸,其中火星車的重量約為240公斤。

要滿足直接降落方案的需求,對軌道要求極高。楊宇光說,當毅力號飛到火星時,所在位置必須剛好在目標落點的前進方向上,才能保證它進入火星大氣後,能按照規劃的彈道准確落在傑澤羅隕石坑。這要求它在整個飛往火星過程的軌道都非常精密。

天問一號在環繞火星過程中,則可以更從容地調整軌道,為降落做准備。

美國「毅力號」登陸火星,它與天問一號區別在哪?

我國首輛火星車。圖片來源:新聞聯播

龐之浩認為,美國採用直接降落方案的一個重要前提,是他們對着陸點十分熟悉。他介紹說,美國為選擇此次任務的着陸點花費了幾年時間,通過火星勘測軌道飛行器、奧德賽號以及馬文號火星探測器進行了詳細的勘察。而我國是首次實施火星探測任務,對着陸區需要進一步了解,因而需要在環繞過程中進行詳細勘察。

此外,毅力號在降落過程中採用的「空中吊車」方式,也與天問一號計劃採用的「降落傘+反推發動機」方式不同。龐之浩表示,這是美國繼好奇號之後第二次採用「空中吊車」方式登陸火星,該技術的先進性和復雜程度極高,但能滿足着陸質量較大的任務需求。

楊宇光說,「空中吊車」從本質上還是採用反推發動機技術。不過天問一號以及美國早期火星車如洞察號、鳳凰號等,反推發動機在探測器下方,「空中吊車」方式則是火星車在下方,反推發動機從上面牽引。他表示,該技術具備2個優點,一是可以避免因發動機推力過大濺起火星表面的塵土,對探測器造成影響;二是將懸吊着的火星車「放」到地面,對落點的平整度和坡度要求不高。

但天問一號的着陸方式,對地面平整度要求很高。因此它將沿用我國探月工程中「嫦娥」落月所用的懸停避障技術,確保落在比較平坦的地方。

龐之浩介紹說,毅力號是在好奇號基礎上改進而成,繼承了好奇號的一些重要技術,如核動力電源、「空中吊車」等。同時它也採用了一些新技術。例如在着陸過程中使用的「距離觸發裝置」技術,能幫助它在合適的時機釋放降落傘,提高着陸精度;「地形相對導航」技術則是將實現拍攝的着陸區地圖存在電腦里,並標出危險位置,毅力號降落時將「所見」地形與地圖對照,避開有風險的地方。

來源:科技日報

編輯:張爽

審核:王小龍

終審:冷文生

來源:cnBeta