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为何各国“探火”都计划七八月起飞?


admin| 更新时间:2020-07-12 01:24|点击数:未知

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这场多国登台的“探火”大戏让人拭现在以待。

在窗口期发射,省时省力省钱

包括中国在内,今年计划“探火”的国家不约而同将火箭发射日期选在7—8月,这是为什么呢?

“今年7—8月是火星探测‘窗口期’。”中国科学院国家空间科学中央空间天气学国家重点实验室钻研员刘勇外示,火星和地球几乎在联相符轨道面围绕太阳公转,地球公转周期为1年,火星公转周期约为2年。倘若在环形跑道上让地球和火星进走一场赛跑,发令枪响后“慢吞吞”的火星大约每两年会遇上地球一次,此时两走星距离比来。在这暂时刻前后,从地球发射火星探测器,能让人类“探火”之旅的“赶路”时间更短、所携燃料更少、成本更添矮廉。

然而,即便是这最短的飞走距离,探测器仍要经历一场“远程旅走”。

中国科学院空间行使工程与技术中央钻研员张伟通知科技日报记者,火星距离地球很远约4亿公里,比来也要约5600万公里,以吾国此次将要发射的火星探测器为例,必要飞走200余先天能到达迢遥的火星。

探测器“赶路”期间,地球和火星起终相对行动着。所以,探测器飞走轨道设计里头藏着大学问。

“火星探测器往往沿着地火之间的霍曼迁移轨道飞走。”刘勇说。

霍曼迁移轨道 来源:Instructables网站

霍曼迁移轨道 来源:Instructables网站

霍曼迁移轨道由德国物理学家瓦尔特·霍曼挑出,是一栽变换航天器轨道手段的统称,途中只需两次引擎推进,相对撙节燃料。

刘勇指出,火星探测器发射起飞后,先在地球附近添速,进入椭圆形的霍曼迁移轨道惯性飞走,不需消耗自己所携燃料;等到达火星附近“刹车”减速,最后被火星捕获。这就请求探测器发射时,火星和地球的相对位置必须挑前计算好,使得探测器的霍曼迁移轨道能够与火星公转轨道在某暂时刻相切。两轨道的切点就是探测器将被火星轨道捕获的空间位置,这一特准时刻就是探测器真实投入火星“怀抱”的时刻。

结相符地球、火星的公转周期,以及轨道设计的相关内容,科学家议决详细邃密的计算得出,在地球上每隔约26个月是发射火星探测器的最好时机,“窗口期”由此而来。

倘若错过今年7—8月这次“窗口期”,下次火星探测的好时机只能等到2022年。例如,欧洲空间局(以下简称欧空局)与俄罗斯航天局配相符研发的火星探测器原定于今年7月发射,但因疫情及其他技术因素影响,不得不推迟到两年后发射。

主意地相通,“赶路”时间纷歧

倘若翻阅历史原料就会发现,即便国际上历次火星探测几乎都沿着霍曼迁移轨道飞走,“赶路”时间却有长有短。

美国发射的“水手4号”火星探测器,从距离火星1万公里的高空处拍摄并回传了第一张火星外观的照片。这张足够了陨石坑的照片那时震惊了科学界。该探测器于1964年11月终发射,1965年7月中旬飞越火星,时隔8个半月。

与“水手4号”联相符系列的“水手9号”则在“赶路”途中费时较少。该探测器于1971年5月终发射,同年11月中旬抵达,成为人类派去火星考察的第一颗人工火星卫星。飞走时间仅5个半月。

随着时间推移,后续发射的火星探测器飞走时间逆而有添长趋势。

据此前《人民日报海外版》报道,此次吾国始次火星探测义务计划飞走7—8个月。自然,还未必间更长的“探火”之走。如1975年美国发射的“海盗1号”,耗时10个月驶向火星;2013年印度发射的“曼添里安号”,耗时11个半月才进入火星轨道。

主意地相通,图片中心为何“赶路”时间纷歧?

刘勇通知科技日报记者,火星探测器飞走时间相差较大,除了工程实际中火箭的运载能力和火星探测器自己的质量以外,还有两方面因素。

其一,地球、火星的公转轨道都不是真实意义上的正圆轨道,所以即便二者距离比来时,这一比来距离也有长有短。同理,倘若不是联相符年“窗口期”发射的火星探测器,其飞走距离也略有差别,飞走时长自然也会有所分别。

“每一次‘窗口期’火星探测器飞走的距离不等,下一次探测器飞走距离最短的‘窗口期’在2035年,这在天文学上被称为‘火星大冲’。”刘勇说。

其二,飞走时间也与飞掠、环绕平分别的探测现在标相关。飞掠火星只需挨近即可,相等于“一日游”,旅途中惊鸿一瞥,拍下几张照片,扬长而去。环绕火星则必要在特准时刻“刹车制动”,进入火星轨道成为人工火星卫星,相等于“深度游”,此后扎根在火星周围,直至生命闭幕。所以,当探测器以环绕火星为义务现在标时,其所携带的燃料更多,变轨相对复杂,飞走时间也相对长些。

除了飞走时间纷歧外,火星探测行为一项编制工程,还有许多耐人寻味的科学题目值得探究。正如刘勇所言:“航天工程是人类的科技极限挑衅,具有极高的风险性。憧憬吾国始次自立火星探测义务完善成功。”

火星魅力让“探火”大军日好强大

国际火星探测起于20世纪60年代。90年代以来,火星探测迎来又一高潮,相关科研义务进走得风起云涌,包括美、俄、日、欧、印等国在内的“探火”大军日好强大。截至现在,火星探测义务已实走40余次,其中美国20余次,苏联/俄罗斯实走次数紧随其后,日本、欧空局和印度也别离进走过“探火”义务。火星魅力之大,可见一斑。

那么,各国为何对火星这样“属意”?

“火星是太阳系内与地球特点最为挨近的走星,是人类异日侨民的始选地。” 张伟外示,火星上的重力约为地球的2/5,具备较稀薄的大气——大气成分为95%的二氧化碳、3%的氮气、很少的氧气和水汽等,且能够存在水资源,议决相符理改造有期待成为异日人类能够驻留的地外生存空间。

“再者,火星探测的科学价值相等特出。”刘勇在批准科技日报记者采访时如是说。

是什么因为导致火星失踪了水?它怎样从一个蓝色星球变成现在一片荒漠的红色星球?其大气、环境是如何演化的?火星的今天有异国能够就是地球的明天?这些都是科学家们想要议决相关探测去解应的题目。

此外,张伟指出,火星探测是涉及多多高新技术周围的编制工程,要解决轨道设计、自立姿态确定与限制、着陆导航、炎限制、辐射防护、遥操作与遥分析、深空测控通信等技术题目,能够带动编制工程、自动限制、能源、原料、通信、遥感等多多周围的快捷发展,也是一个国家科技实力和创新能力的主要表现。“在国际竞争日趋强烈的今天,火星探测已成为现在及异日很长一段时期国际航天大国竞争的主要‘竞技场’。”张伟说。

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