7分钟,从时速20000公里到安全着陆,毅力号如何登陆火星?
2025-02-10 11:00:47 阅客
如果太阳系的行星中除了地球外还可能孕育生命,那么火星无疑是最有希望的候选者。
科学家认为,火星曾经拥有磁场、适宜的大气环境以及液态水,而这些条件极有可能孕育生命。然而,仅凭猜测无法得出结论,因此人类需要借助探测器对火星进行深入探索,寻找生命存在的证据。正因如此,“毅力号”火星探测器被送往火星,执行这一重大任务。
“毅力号”是美国国家航空航天局(NASA)推出的新一代火星探测车,于2020年7月30日发射,并于2021年3月4日首次在火星表面行驶。火星是地球的邻居,在太阳系中,仅次于金星与地球的距离最近。然而,即便是最近时,两者之间仍相隔约5500万公里,而最远时则可超过4亿公里。因此,探索火星是一项极具挑战的任务。
那么,火星探测最困难的环节是什么?对于“毅力号”而言,最大的挑战在于成功着陆。正如飞机的起飞与降落是最危险的阶段,航天器在进入火星大气层并最终降落的过程,同样面临极高的风险。
尽管火星距离地球遥远,探测器可以在近真空环境中高速前进,但这也带来了巨大的难题。当“毅力号”接近火星大气层时,其时速约为2万公里。在短短7分钟内,它必须从高速飞行状态迅速降至零,这一过程异常复杂,更棘手的是,地面控制人员几乎无法干预。
由于信号从火星传输至地球需要11分钟,这意味着当地球上的科学家接收到“毅力号”进入大气层的信号时,它实际上已经降落在火星表面。因此,整个着陆过程必须由探测器自主完成,任何失误都可能导致任务失败。
在接触火星大气层前,“毅力号”需要首先调整自身姿态。尽管火星大气密度仅为地球的约10%,但高速进入时,空气摩擦仍会使探测器急剧升温。因此,必须确保最耐热的部位朝向前方,以减少高温对内部设备的影响。探测器的前端装有隔热罩,能够有效抵御高温。实际数据表明,在进入火星大气1分钟后,隔热罩外层温度已超过1000℃,但内部设备依然保持稳定。
除了初始调整姿态外,“毅力号”在下降过程中还需依靠小型推进器进行动态调整。火星大气层中的气流并不均匀,不同密度的气团可能导致探测器偏离轨道,因此实时修正航向至关重要。
当速度降至1600公里每小时以下时,“毅力号”会打开降落伞,并抛弃隔热罩。随后,它会利用机载摄像头拍摄地表影像,并与预设地图进行比对,以确认是否偏离目标降落区域,并进行必要的调整。然而,由于火星大气密度较低,降落伞无法将速度降低至安全水平,因此仍需额外的减速措施。
着陆后,“毅力号”将展开一系列科学任务,收集岩石与土壤样本,以寻找火星可能存在生命的证据。那么,收集到的样本如何送回地球?目前,它暂时无法返回,科学家预计最快将在2031年,通过未来的太空任务将其采集的样本带回地球进行研究。