特地向軍版同胞們報喜
今天真的是太開心了!
在火星著陸到底有多難?為啥美國蘇聯都失敗了那麼多次,到如今都只有美國成功了,中國是第二個!
着陆:9分钟,“疯狂”刹车
祝融号着陆器从轨道着陆的过程(Entry Descent Landing EDL)如图所示,大概可以分为降轨、分离、减速、悬停、着陆5个阶段。
① 降轨:在下降前5小时,天问一号建立降轨姿态,轨道器发动机点火降低,进入近火点50公里的大椭圆轨道。
② 分离:在距离地面100多公里处,实现轨道器和着陆器分离。不妨把此时的时间作为进入大气的起点,自此开启约9分钟的着陆。
两器到达安全距离后,轨道器立即点火,抬升轨道进入中继轨道(环绕轨道)。轨道器升轨同时,也实时拍摄监测着陆器的下降过程。
③减速:两器分离后,有三个减速过程。分别是气动减速、伞降减速、动力减速。
一、气动减速,靠大气摩擦减速。此时展开配平翼,随着防热大底和大气不断摩擦,飞行器速度逐步降低,此阶段为纯气动减速段,消耗将近90%的速度,超音速减速伞打开。
二、伞降减速,超音速减速伞打开,此时高度约11公里,减速伞使用的是盘-缝-带设计伞。此时着陆器将先后抛掉防热大底和背罩轻装着陆。
三、动力减速,在着陆器同背罩分离同时,发动机点火,对地雷达随机开机,着陆缓冲机构(四条着陆腿)展开。
④ 悬停:通过调整发动机推力,使着陆器在高度100米时,速度为0,达到悬停的目的,着陆器下方的对地相机同时拍摄下方图像,自主分析并选择相对平整适宜着陆的点。着陆器调整姿态,前往着陆点,并开始下降。
⑤ 着陆:通过着陆腿的缓冲机构抵消剩余的动能。着陆器缓缓降落在火星表面,此时垂直速度和水平速度都非常小,通过着陆腿的缓冲抵消剩余的动能,类似与人从高处跳下时的下蹲。
着陆过程中遭遇了哪些严峻挑战?
天问一号任务一次性完成“环绕、着陆、巡视”三大步,着陆是其中最复杂、最难的部分。
着陆过程,是着陆巡视器从进入火星大气层到降落到火星表面的过程,整个过程大约9分钟。虽然时间短暂,却是整个飞行任务中的一道顶级难题。
挑战1:信号延时—超过10分钟
轨道器和着陆器的分离决定任务成败。
天问一号距离地球非常遥远,信号单程时延10分钟以上。地面无法进行实时测控干预,探测器会自主执行预先注入的指令,并自行判断指令执行的效果。一旦发现问题,必须在极短时间内进行自我诊断,排除故障。
挑战2:刹车难控—历史成功率50%
人类迄今共实施47次火星探测任务(含2020年7月的3次发射任务),成功或部分成功的仅25次,成功率刚过50%。而对火星着陆任务,目前共实施22次,算上此次,仅成功10次,中国此次火星探测任务在世界航天史上亦是创举。
挑战3:险点难料—智能化要求高
着陆受火星大气的影响,如果突然火星起沙尘暴那样极端的气象那有可能造成严重后果。此外热防护、降落伞,减速也是重要风险点。
降落过程,目前中国尚未在外太空使用过降落伞,这是中国首次以降落伞的方式软着陆到地外行星。这个着陆过程与地球通信的延时很长,因此对自主性、智能性、实时性的要求更高。
减速过程要求非常精确,减速控制如何足以决定任务的成败,如果速度没降下来,那着陆器就砸到火星表面,砸了一个坑不说,祝融号也会坏掉,前面的努力都会白费。
另外姿态控制也很重要,如果没控制好,着陆时“四脚朝天”那就麻烦了。
相比地球和月球,在火星表面着陆更加复杂。火星表面也笼罩着大气层,但大气密度仅为地球的0.6%~0.7%。航天器在进入火星的过程中,一方面无法单纯依靠大气降低到安全速度,同时又必须考虑空气摩擦产生的热量冲击。
从目前火星地貌影像看,火星地形复杂程度超过月球,与地球、月球的地形很不一样。
开展巡视探测工作的过程中,祝融号也将面临地形、能源、路况、沙尘、通信等各种挑战。
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