-
石豪:比起天问一号失联半小时,毅力号“恐怖七分钟”有多恐怖?
最后更新: 2021-02-23 10:05:20【文/观察者网专栏作者 石豪】
北京时间2月19日4时55分,美国“毅力号”火星车成功登陆火星,即将与同型的“好奇号”火星车一起执行火星表面巡视探测任务。
而在此前的2月10日,我们的“天问一号”火星探测器成功实施近火捕获制动,顺利进入大椭圆火星轨道,完成了我国首次火星探测任务的“绕、着、巡”的第一步——“绕”。
与天问一号不同,毅力号火星车没有环绕火星飞行,而是直接一头扎进火星大气层,经历“恐怖七分钟”后在火星表面着陆。毅力号的任务设计如何特殊,“恐怖七分钟”到底有多恐怖?
“戴遮阳帽的飞碟”
毅力号是北京时间2020年7月30日由宇宙神-5运载火箭发射升空的。作为目前人类制造的最大火星车,毅力号的总重超过一吨,达到了1025千克,全部展开的大小甚至堪比小型SUV。
毅力号火星车测试 | 图片来源:ESA
但搭载毅力号火星车的航天器却令人意外地“简朴”,以至于发射总重只有不到4吨。
航天器发射入轨状态 | 图片来源:NASA
和常见的深空探测器不同,毅力号(包括同型的好奇号)的发射构型只包含一个圆片状的巡航级,和飞碟状的大气进入、下降、着陆器(EDLS),乍一看仿佛一个“戴遮阳帽的飞碟”。说巡航级是“遮阳帽”颇为贴切,因为巡航级的外侧敷设了太阳电池,在巡航阶段提供航天器必须的电能。
在“飞碟”内部,是处于收纳状态的毅力号火星车,以及用于动力下降和着陆的“空中起重机”。
毅力号火星车发射构型分解 | 图片来源:NASA,由笔者标注
这样看起来,整个航天器甚至有点简陋。当然,说简陋也不能算错,毅力号的巡航级只能提供有限的轨道修正能力,不用像天问一号那样执行大幅度变轨和“刹车”——因为在任务设计中,这个“戴遮阳帽的飞碟”是被火箭直接送入奔火轨道的,也不需要环绕火星飞行,而是直接进入火星大气。
这种登火方案对火箭有很高的要求,因为火箭不仅要将整个航天器加速到一般地球卫星无法达到速度,更要保证入轨的精准度。如果轨道太“浅”,航天器会偏离预定着陆区,甚至从大气层中飞出,与火星擦肩而过;如果轨道太“深”,航天器可能没有足够的气动减速空间,会直接坠毁在火星表面。
反过来说,只要火箭工作正常,毅力号的巡航级只需要进行一些轨道修正即可,巡航级也就不必选用大型轨道器,做成“遮阳帽”就足够了。
“恐怖七分钟”
毅力号和之前的好奇号一样,在着陆火星的过程中要经历“恐怖七分钟”。
在进入火星大气之前,“遮阳帽”巡航级会被提前分离,只留下装着毅力号火星车的EDL“飞碟”,向预定着陆场飞去。
从进入火星大气,开始气动减速的那一刻起,毅力号任务中最紧张的七分钟开始了。
毅力号大气进入、下降、着陆过程 | 图片来源:NASA,由笔者标注
火星大气并不是科学家的好朋友,因为和地球相比它实在是稀薄,但又绝不能忽略不计。我们知道,一个物体在地球上做自由落体,由于空气阻力会随着物体的速度加快而增大,最终会达到一个速度,使重力与物体所受空气阻力平衡,这个速度叫“终端速度”。定性地说,在物体质量、形状和迎风面积不变的情况下,终端速度与所在星球的重力加速度和星球大气密度之比决定,重力加速度越大,大气密度越小,终端速度越快。
对于地球和火星而言,火星的重力加速度是地球的0.38倍,而大气密度不足地球的1%,两下一除,对同一个物体,在火星大气层中的终端速度还是比地球快不少。
受控进入火星大气 | 图片来源:NASA/JPL-Caltech
因此在受控进入火星大气的时候,必须在超过400米每秒的速度下张开降落伞进一步减速,毅力号也为此配备了高性能的超音速降落伞。
超音速降落伞测试 | 图片来源:NASA
当伞花绽放在锈色苍穹时,距离进入大气层已经过去了4分钟,毅力号的“飞碟”要在20秒内抛掉底部的防热盾,让自身携带的下降雷达与相机工作,决定最终着陆点。
在进入火星大气后的350秒后,毅力号火星车连带“空中起重机”下降级一同与降落伞分离。此时下降速度已经稳定在每秒90米,火星车距离地面2千米,但下降级必须立即进行一次横向机动,而非马上点火减速,否则火星车会一头撞上刚刚分离的降落伞。
毅力号火星车与下降级“空中起重机”组合体 | 图片来源:NASA
-
本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 小婷 
-
NASA公布首批登陆火星图像和音频
2021-02-23 09:00 航空航天 -
月球样品即将在国博向公众展出
2021-02-22 22:01 航空航天 -
这位老科学家入场,大家纷纷鼓掌!
2021-02-22 21:48 航空航天 -
首个恒星级黑洞最新数据:21倍太阳质量、自转速度接近光速
2021-02-22 09:46 科技前沿 -
首次揭秘!华为手机循环利用全过程
2021-02-21 19:05 华为 -
F5G:国家产业安全与发展的重要新契机
2021-02-21 15:30 F5G进行时 -
武汉建设国家科技创新中心 科研团队放寒假不休息
2021-02-18 15:15 智慧武汉 -
中国团队刷新世界记录
2021-02-13 17:44 -
震撼大片!天问一号火星捕获过程影像发布
2021-02-12 16:44 航空航天 -
阿联酋“希望号”率先入轨,会干扰到天问一号吗?
2021-02-11 09:30 航空航天 -
中国天眼10%观测时间将对全球开放:“预计竞争比较激烈”
2021-02-07 21:09 -
“钻头之父”沈忠厚院士逝世
2021-02-06 07:34 -
我国成功发射通信技术试验卫星六号
2021-02-05 07:25 航空航天 -
专门“接听”火星信号,亚洲最大单口径天线完成验收
2021-02-03 16:52 航空航天 -
论文复核专家组副组长:图片误用未影响论文发表及研究结论
2021-02-03 08:52 -
论文复核专家组组长如何确定:被多人婉拒,最后找到钟南山
2021-02-02 15:23 -
中国科学报还原:裴钢论文“未发现有造假”调查结论如何出炉
2021-01-29 07:09 -
中外联合研究团队发现迄今宇宙最遥远的原初星系团
2021-01-28 07:16 天文
相关推荐 -
国防部表态:中方不会在南海问题上任菲胡来 评论 149关于ASML出口管制,荷兰首相在华表态 评论 462警惕!“隐秘”的调查暗藏国家安全风险 评论 124巴总理召开紧急会议,“事关在巴中国公民” 评论 82最新闻 Hot
-
银河系中心超大质量黑洞,又一张偏振图像来了
-
竟还有这样给他们洗白的:“善良有爱心”、“胆小不敢杀鸡”…
-
“港独分子”作证:他勾结外国反华政客!
-
这个数据,孟买首次超越北京
-
浙大社会学系第3次更新:赵鼎新再度“荣休”
-
美国务院一官员辞职:自焚军人最后的留言让我难以忘怀
-
日本资助的项目被搁置,斯里兰卡:中国承诺帮我们
-
关于ASML出口管制,荷兰首相在华表态
-
耶伦:我要当面“警告”中国,你们东西太便宜,搞得美国企业破产
-
警惕!“隐秘”的调查暗藏国家安全风险
-
普京反问:我们跨越大洋跑到美国边境了吗?
-
“美国暴露了”
-
“为何总觉得你们的生活方式比我们好?甚至连提问方式都…”
-
中企被迫退出竞标,“欧盟借这招威慑外企”
-
他威胁“不停火就断交”,以色列怒了
-
美媒“拆台”:哪有火车?你咋坐的?
-