明志
2020年7月23日12時41分,“天問一號”啟程奔赴火星?!疤靻栆惶枴辈粌H有個美麗的名字,更是我國首個自主研制的火星探測器。它在海南文昌發(fā)射場搭乘“胖五”(長征五號遙四運(yùn)載火箭),順利出發(fā),開啟了我國首次火星探測任務(wù)?,F(xiàn)在,我們就一起跟隨“天問一號”去火星探險,解開火星之謎吧。出發(fā)——
我們對火星有多少幻想
對于火星這顆類地行星,人類的幻想實(shí)在太多了。古代中國人相信天人感應(yīng),即上天會用某種方式對人間做出示警?;鹦蔷驮划?dāng)作上天用來示警的信號。有這樣一個有趣的記載:公元534年初夏的一天,因?yàn)樘穲蟾妗盁苫笕肽隙贰薄鹦沁\(yùn)行到了二十八宿中的南斗宿,70多歲高齡的南朝梁武帝光著雙腳到金鑾殿下去跑了一圈,這是當(dāng)時帝王祈禱以求除災(zāi)的方式。因此,民間諺語稱:“熒惑入南斗,天子下殿走。”
現(xiàn)代,科幻大師雷·布拉德伯里則用他詩意浪漫的筆觸寫下了《火星編年史》。書中,火星人殺害了早期到來的地球人,但水痘卻讓火星人面臨崩潰。人類終于在火星站穩(wěn)了腳跟后,得知家鄉(xiāng)發(fā)生核戰(zhàn),又義無反顧地回到了地球??梢哉f,這部小說里包含了人類探險、擴(kuò)張、歸鄉(xiāng)的所有歷程。
在關(guān)于火星的影視作品中,《火星救援》最有名氣。電影里的宇航員馬克因?yàn)橥抡`判,被單獨(dú)留在了火星上。他利用火星的土壤和從地球帶來的生土豆,同時從自己的糞便中獲取養(yǎng)料,從火箭燃料里分解出來的氫氣得到水,成功地在火星上種出了土豆。
為什么行星探測任務(wù)首探火星
原因很簡單:火星對人類具有非常重要的意義。在太陽系的八大行星中,火星是除了金星以外,距離地球最近的行星,而金星的環(huán)境過于惡劣,人類根本無法在上面生存。
除了距離近,火星還是太陽系中最近似地球的天體之一:火星赤道平面與公轉(zhuǎn)軌道平面的交角與地球相仿,所以火星也有類似地球的四季交替;火星的自轉(zhuǎn)周期為24小時37分,這也和地球相似;火星的潛在資源豐富,科學(xué)家還發(fā)現(xiàn),火星的南北極存在不亞于地球上格陵蘭島的淡水資源,火星的土壤中廣泛存在2%~3%的水分,還存在一定有機(jī)物分子......
這些都讓人類對火星充滿了好奇,也寄托著希望。因此,科學(xué)家通過發(fā)射探測器了解火星的情況、獲取信息,希望能夠幫助人類更好地研究地球的演變與未來發(fā)展,并以此為起點(diǎn),尋找地球之外適宜孕育生命的星球。
此外,火星引力較小、距離小行星帶和太陽系外圍空間更近,在火星上發(fā)射火箭和深空探測器的總成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在地球發(fā)射,是人類未來深空探測發(fā)展中航天基地的最佳選擇。2020年4月24日,國家航天局宣布將中國行星探測任務(wù)正式命名為“天問系列”,首個火星探測器被命名為“天問一號”。這也意味著,我國首次火星探測任務(wù)正式開始,為未來探測更遠(yuǎn)的行星做出第一步嘗試。
早在2300多年前,著名愛國詩人屈原就用一首長詩《天問》發(fā)出了對宇宙洪荒、天地自然的疑問:“日月安屬?列星安陳?”問的就是太陽、月亮安放在什么上面,浩繁的群星又是怎樣陳列的。盡管現(xiàn)代天文學(xué)已經(jīng)可以非常精確地回答這一問題——太陽系的引力維系著八大行星繞其公轉(zhuǎn),然而關(guān)于生命、人類、太陽系乃至宇宙的起源,還有太多的未解之謎。這也是中國行星探測任務(wù)“天問”名字的來源,“天問一號”瞄準(zhǔn)火星的成功發(fā)射拉開了我國向更遙遠(yuǎn)的宇宙深處探尋的序幕。
去火星探測難度有多大
在科學(xué)家看來,這次火星探測任務(wù)的實(shí)施時間很緊,并且地球與火星之間距離遠(yuǎn)、通信延時大,火星空間環(huán)境復(fù)雜、表面地形地貌陌生,火星探測難度之大可想而知。從距離上看,地球和月球平均距離為38萬千米,對于人類而言,這已經(jīng)極其遙遠(yuǎn)了。而地球與火星之間最近的距離為5500萬千米,最遠(yuǎn)超過4億千米,是地月距離的千百倍。有人比喻,讓火星探測器精準(zhǔn)著陸,難度相當(dāng)于“從巴黎擊出一只高爾夫球,落在東京的一個洞里”。從時間上看,由于地球與火星的相對位置在不斷變化中,不可能沿著地球和火星之間最短的距離徑直飛向火星,而是需要借助地球的公轉(zhuǎn)速度,沿著一條連接地球和火星的橢圓形軌道,將飛船“甩”到火星,這就是“霍曼轉(zhuǎn)移軌道”。
要想沿著這樣的軌道飛行,需要等待地球、太陽的連線和火星、太陽的連線大約呈70°夾角。此時,在地球上發(fā)射探測器,才能保證其順利抵達(dá)火星軌道。這樣的時機(jī)就是“發(fā)射窗口”。它并不是一個確定的時間點(diǎn),而是一個時間周期,每26個月才有一次,2020年7月就是這樣的“發(fā)射窗口”。如果錯過一次,只能再等兩年多了。
我國做了哪些準(zhǔn)備
火箭:2015年,最強(qiáng)火箭長征五號實(shí)現(xiàn)突破,是“天問一號”的可靠“司機(jī)”。
軌道設(shè)計:2012年,嫦娥二號探測器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)飛越日地拉格朗日點(diǎn)、飛越圖塔蒂斯小行星和進(jìn)入深空7000萬千米的壯舉。
著陸技術(shù):在有大氣的情況下著陸,我們有神舟1-11號飛船;在無/稀薄大氣的情況著陸,我們有嫦娥三號和嫦娥四號。
深空通信:深空通信網(wǎng)初步建成,另有萬噸級遠(yuǎn)望號航天測量船輔助。2018年,我們還發(fā)射了人類唯一的地月通信中繼衛(wèi)星“鵲橋號”。
火星車:我們已經(jīng)有了玉兔號和玉兔二號月球車,其中,玉兔二號已經(jīng)工作近兩年?!谤o橋號+嫦娥四號+玉兔二號”在月球做出的實(shí)踐代表著足夠的工程可行性,將它們?nèi)诤显偻度胩剿骰鹦堑娜蝿?wù),將創(chuàng)造人類火星探測史的新高度。
到今年10月,“天問一號”已經(jīng)完成了“一個億的小目標(biāo)”!這是怎么回事呢?原來,“天問一號”的飛行路程已經(jīng)達(dá)到一億千米了。更值得開心的是,它順利地在天空中實(shí)現(xiàn)了“變道”。小讀者或許會提出疑問:“天問一號”離火星還有多遠(yuǎn)?有專家預(yù)言:2021年春天,它就能到達(dá)火星了。