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惊悚的7分钟:美国“毅力号”令人揪心的火星着陆过程

今年2月18日,美国宇航局火星2020的核心任务,将 汽车 大小的“毅力号”,计划尝试在45千米的杰泽罗陨石坑内着陆。火星任务的进入、下降和着陆(EDL)阶段通常被称为“恐怖的7分钟”,因为这一序列是如此悲惨,发生的速度比从火星到达地球的无线电信号还要快。这意味着一旦进入火星大气层,探测器就只能靠自己了。美国 航空航天局(NASA)发布的一段扣人心弦的新视频显示了探测器将如何完成如此惊人的壮举。
美国宇航局位于南加州喷气推进实验室的火星2020制导、导航和控制业务负责人斯瓦蒂·莫汉(Swati Mohan)说:“太空总有办法给我们带来惊喜。有很多事情要做才能让’毅力号’安全着陆。”
EDL阶段开始于航天器到达火星大气层顶部,结束于火箭驱动的空中吊车将“毅力号”安全降落到火星表面。整个EDL序列大约需要7分钟,在此期间必须发生许多关键步骤。“火星2020”计划的风险非常高。该计划将寻找古代生命的迹象,并为人类首次星际样本返回活动收集样本。
美国喷气推进实验室负责火星2020的进入、降落和着陆,他谈到:“我们对这一点寄予了很多希望。这是我们样品返回接力赛的第一站,在这条线上还有很多工作要做。”
在抵达火星之前不久,“毅力号”将卸下巡航阶段。在过去的6.5个月里,巡航阶段帮助探测器飞向火星。下一个里程碑是进入大气层,届时探测器将以每小时19500千米的速度进入火星上空。
探测器配备了一个隔热罩,可以保护探测器免受最初下降过程中产生的强烈热量的影响,也有助于减缓探测器的速度。在距离月球表面约11千米的地方,飞船将打开宽度约为21.5米的超音速降落伞。根据视频显示,这是有史以来发送到另一个星球上最大的超音速降落伞。
不久之后,隔热罩将从探测器上分离并脱落,“毅力号”首次暴露在火星大气层中,并启动探测器的地形相对导航系统,这是一项新的自动驾驶技术,将帮助引导探测器在火星上安全着陆。
莫汉表示:“‘毅力号’将是首个使用地形相对导航的任务。当它在降落伞上降落时,它实际上会拍摄火星表面的图像,并根据所看到的决定去哪里。这最终就像睁着眼睛着陆一样,拥有这项新技术真的可以让“毅力号”在比“好奇号”或以往任何火星任务更具挑战性的地形上着陆。”
“毅力号”的EDL序列与美国宇航局2012年着陆的“好奇号”探测器非常相似。然而,“毅力号”稍大一些,配备了更先进的科学仪器,包括帮助引导飞船完成艰难着陆的新技术。
科学家认为,大约39亿~35亿年前,一个250米深的湖泊填满了杰泽罗火山口。该地区还有一个突出的河流三角洲,水曾经流经这里并沉积了大量沉积物。虽然这个着陆点有丰富的地质地貌,但岩石、火山口和悬崖使它成为“毅力号”着陆的一个非常具有挑战性的地方。
喷气推进实验室的马特·史密斯( Matt Smith )是2020年火星巡航行动的飞行主管,他说:“科学团队认定杰泽罗火山口基本上是一个古老的湖床,是最有希望寻找古代微生物生命证据,并且是为未来返回地球收集样本的地方之一。问题是,这是一个更危险的着陆地点。”
在“毅力号”登陆火星前的最后一分钟,该任务的空中吊车降落阶段将启动8个制动火箭,也就是火星着陆引擎。然后,空中起重机将通过3根尼龙缆绳将探测器安全降落到地面。一旦探测器着陆,它就会切断连接它和下降平台的电缆,然后下降平台就会飞起来,在远离“毅力号”的地方安全着陆。
熬过这7分钟真的只是“毅力号”工作的开始,作为样本返回的第一步。去寻找火星上过去生命的迹象,所有这些都要等到我们将“毅力号”安全着陆后才能运行,那时真正的任务才会开始。

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动科普|吊、悬、弹……2分钟看懂火星着陆经典姿势

2月19日凌晨,毅力号火星探测器使用空中吊车技术成功着陆。那么火星着陆技术有哪几种?有什么优缺点呢?

1、空中吊车

代表:好奇号、毅力号

毅力号火星探测器

降落时,着陆器分为两部分,上部分是一个拥有强力反推火箭的空中吊车,它与火星车依靠3根尼龙绳和1根负责信号与控制指令传输的“脐带”电缆连接。当火星车感应到稳定接触火星地表后,尼龙绳和电缆将瞬间被切断。随后空中吊车会用尽所有的能量,向尽量远的地方飞去,最终坠毁。

优点:可释放质量和体积较大的火星车,对着陆区域地形要求低,能携带精密仪器。

缺点:技术难度最高,存在质量上限

2、火箭反推悬停降落

代表:天问一号

天问一号传回首幅火星图像

反推火箭启动后会一直工作到降落火星表面,采取火箭反推方案进行初步减速和悬停确定着陆地点。

优点:适合各种质量的着陆器着陆,安全系数最高

缺点:对着陆区地形要求高,仪器复杂度受限

3、气囊弹跳降落

代表:勇气号、机遇号

勇气号火车探测器

开始着陆时,与火箭反推悬停降落方式相同,在最后阶段,着陆器会分离成两个部分,一部分携带有反推火箭和燃料罐,另一部分则将火星车折叠后牢牢包裹在巨大的气囊中。气囊在距离火星地表数米处释放,在地面经过多次弹跳后稳定。气囊内部往往有平衡设备,保证气囊停止运动后折叠的火星车跟地面保持正确的姿态。

优点:适合可移动的中型火星车,对着陆区域地形要求不高

缺点:气囊能力保护有限

3个月后,天问一号探测器将择机实施登陆任务。目前它已成功实施近火捕获制动任务,期待它能为人类深空探测作出新的贡献。那么问题来了,你更喜欢哪种火星着陆方式呢?

出 品:光明网科普事业部

监 制:战 钊

宋雅娟

策 划:宋雅娟

制 作:蔡 琳

部分视频素材来源:

NASA

大片来了!200秒全景模拟天问一号奔火之旅

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总结:以上就是本站针对你的问题搜集整理的答案,希望对你有所帮助。