出發(fā)，飛向火星
——“天問一號”的火星之旅

文/南京市金陵匯文學校（小學部） 王蕾

同學們，我們生活在一個充滿運動的世界，物體運動狀態(tài)的改變與力息息相關(guān)。在學習了蘇教版四年級科學上冊第3單元《常見的力》之后，相信你們對彈力、摩擦力、浮力這3種力有了更深的認識。

力無處不在，常見的力除了以上3種以外，還有很多其他的力，這些力對我們的生活、生產(chǎn)有很大的影響。今天，就讓我們跟隨南京市金陵匯文學校（小學部）的王蕾老師，走近火星探測器——“天問一號”，一起來了解動力、阻力在火星之旅中發(fā)揮的大作用。

嗨！同學們，我是“天問一號”。2020年7月23日12時41分，我搭乘長征五號遙四運載火箭，從文昌航天發(fā)射場成功升空，由此開啟了長達4億千米的旅途。知道我去哪里嗎？沒錯，去火星。

為什么去火星？

火星，這顆古稱“熒惑”的紅色星球，在漫長的歲月中與地球“相伴而行”。伴隨著科技的進步，人類對火星的認知不斷刷新：火星是離太陽第四近的行星，大小介于地球和月球之間；地表沙丘、礫石遍布，大氣以二氧化碳為主，密度僅為地球的1%，既稀薄又寒冷；與有著71%的海洋覆蓋率的地球不同，火星表面呈現(xiàn)出紅色，它最明亮的時候猶如一團火球；平均赤道半徑為3 398千米，體積為地球的1/7……火星上還有太多太多值得研究的地方。所以，我要去火星！

去火星怎么走？

為了順利到達火星，我還特地制訂了“旅行計劃”呢！

第一步，我搭載長征五號遙四運載火箭發(fā)射升空，半個多小時后，在距離地面600多千米的太空中離開火箭，進入地火轉(zhuǎn)移軌道；第二步，在地火轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)歷約7個月的飛行，在地面測控系統(tǒng)的支持下修正飛行路徑，我的環(huán)繞器逐漸飛近火星，進入火星捕獲段；第三步，環(huán)繞器環(huán)繞火星飛行后，與著陸巡視器分離，進入任務(wù)使命軌道；第四步，著陸巡視器進入火星大氣層，經(jīng)過減速,著陸到火星表面；第五步，火星車駛離著陸平臺，開始火星表面巡視探測。

哈哈，這些就是我的“火星五步走”計劃！

“胖五”給我動力

不過，去火星可不是一件容易的事。幸運的是，我有好朋友助我一臂之力，它就是“胖五”——長征五號運載火箭，它可是我國最高、體積最大、運載能力最強的運載火箭哦！我們知道，當航天器的速度達到11.2千米/秒的第二宇宙速度時，就可以完全擺脫地球引力，去往太陽系內(nèi)的其他行星。因此，第二宇宙速度也被稱為“逃逸速度”。長征五號運載火箭第一次達到并超過了第二宇宙速度，飛出了我國運載火箭的最快速度。

“胖五”之所以能飛得這么快，是因為它有強大的動力?！芭治濉眱?nèi)裝有30臺發(fā)動機，分別是8臺120噸級液氧煤油發(fā)動機、2臺50噸級氫氧發(fā)動機、2臺9噸級膨脹循環(huán)發(fā)動機和18臺姿控發(fā)動機，它們?yōu)椤芭治濉碧峁┝司薮蟮钠痫w推力。其中，以8臺120噸級液氧煤油發(fā)動機為動力的4個直徑為3.35米助推器，是國內(nèi)目前最大的低溫液體助推器，它們是“胖五”起飛的主要動力源，所提供的起飛推力占90%以上。2020年7月23日，在海南文昌航天發(fā)射場，中國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器由長征五號遙四運載火箭發(fā)射升空

供圖/視覺中國

阻力也來幫大忙

強大的動力可算是幫了我的大忙呢！但是，阻力也是“功不可沒”哦！要知道，我的著陸器的著陸時間一般僅有7分鐘左右，俗稱“恐怖7分鐘”，得名于火星著陸之難，其中的難點之一在于減速。剛進入火星大氣時，著陸器的速度可達每秒幾千米，7分鐘的減速之后，速度只剩下每秒幾米。如何在這么短的時間內(nèi)減速呢？阻力來幫忙！

首先是“氣動減速”。火星的大氣層會產(chǎn)生阻力，著陸器的速度需要從4.8千米/秒降至460米/秒。但火星的大氣層特別稀薄，即便最大限度地利用氣體阻力減速，依然無法把速度降到理想狀態(tài)。所以，還需打開專門研發(fā)的降落傘，利用降落傘產(chǎn)生的阻力進一步減速，著陸器的速度下降到95米/秒。此時，要關(guān)注火星大氣層中風的大小和方向，因為風力太大會影響著陸點的精度，甚至影響著陸安全。

其次是“反推減速”，想要著陸火星，必須自帶反推火箭，利用反推火箭產(chǎn)生的阻力減速。此時，著陸器的速度下降到3.6米/秒。

最后是“懸停避障”，著陸器在距離火星表面不遠處懸停觀察，為選定著陸點做最后準備。

成功著陸之后，我的火星車便開始了火星表面的巡視探測，還有不少的挑戰(zhàn)在等待著我呢！比如，火星光照強度小，加上火星大氣對陽光的削減作用，火星車的能源供給比較困難；火星上沙塵暴很大，是地球上12級臺風造成影響的6倍，飛沙會遮蓋火星車的太陽能電池板，使其無法正常工作……盡管面臨的挑戰(zhàn)前所未有，但我會勇往直前，完成我的火星之旅！

親愛的同學們，一起為我加油吧！