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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躲过了降落伞,“空中起重机”点火减速,带着毅力号火星车飞向最终着陆点。为了避免火箭喷射气流溅起的土壤污染火星车,“空中起重机”将在着陆点上空20米用线缆将火星车吊放到火星表面——这也是“空中起重机”之名的由来。
“空中起重机”吊放火星车 | 图片来源:NASA
当毅力号火星车成功着陆后,吊放线缆必须马上切断,“空中起重机”加速飞离火星车上空,在远处坠毁。否则燃料耗尽的“起重机”会直接砸到火星车上。
至此,火星上的“恐怖七分钟”结束,地球上的“恐怖”还在继续。由于毅力号降落时地火通信延迟超过10分钟,当地球收到探测器进入火星大气的信号时,毅力号的“恐怖七分钟”已经结束,火星车要么平安落地,要么出现故障导致损毁,地球上的科学家对此无能为力,只能眼睁睁地看着。
恐怖源于未知。在好奇号2012年8月登陆火星时,地球与火星的通信延迟达到14分钟,因此也有科学家表示“恐怖七分钟”其实是从好奇号着陆到地球收到它进入火星大气层信号的7分钟。
科学家们有理由感到担忧,我们再看一遍毅力号的着陆过程:如果进入火星大气的姿态不正确,如果防热盾出现故障,如果降落伞没有正确展开,如果防热盾没有分离,如果地形相对导航出现故障,如果“空中起重机”撞到降落伞,如果“空中起重机”点火故障、或姿态失稳,如果毅力号火星车切缆绳切早了、或者切晚了,如果“空中起重机”燃料提前耗尽,如果“空中起重机”没有飞离……
以上这些如果,只要有一个成真,那毅力号的结局就是坠毁。
风险再大,NASA还是排除万难采用了,并且取得了好奇号和毅力号两次成功。
前人栽树
至于为什么选择“空中起重机”这种风险极高的方案,那是因为美国上一代火星车(勇气号、机遇号)只有不到200千克,依然可以采用气囊缓冲着陆的方式,而超过一吨的好奇号与毅力号对于气囊而言实在是太重了。
选择着陆器释放火星车尽管是直觉上的最优解,但着陆器的支撑结构也很重,还不能在过于崎岖的火星表面降落,要多带燃料悬停避障,这将进一步增大航天器的发射质量,导致宇宙神-5力不从心,需要更强力、更昂贵的运载火箭。
任务超支,NASA家里也没有余粮。
毅力号火星车拍摄的火星表面照片 | 图片来源:NASA
因此,尽管毅力号的任务设计冗余度很低,“恐怖七分钟”危险重重,任何一个环节出错都会让27.5亿美元的总投入打水漂,NASA还是大胆地采用现行方案。
虽然大胆,但NASA并不莽撞,毅力号的设计是有足够先验数据支持的,NASA的底气正是源于美国几十年的火星探测经验。
一般来说,从地球发射探测器到火星要在地火距离比较近的时候出发,发射窗口每26个月一次。所以看历史上发射的火星探测器,都是各国在某一个窗口集中发射。
苏联在1960年、1962年和1964年窗口分别发射了多个火星探测器,但全部以失败告终,反而是美国后发先至,1964年11月发射的水手4号成为了人类历史上第一个飞掠火星的探测器。
水手4号 | 图片来源:NASA/JPL-Caltech
1971年5月,在阿波罗登月如火如荼之时,美国发射了水手9号,并再一次后发先至,以11天的微弱优势击败苏联火星2号,成为人类历史上第一个地外星体环绕器——也就是成了火星的第一颗人造卫星。
水手9号 | 图片来源:NASA/JPL-Caltech
到了1975年,美国更是一口气发射了海盗1号和海盗2号探测器,二者设计相同,都是环绕器+着陆器的配置,发射重量达到3.5吨。
海盗号火星探测器组合体 | 图片来源:NASA
1976年两枚海盗号探测器分别成功登陆火星,为冷战中美国的火星探测画上了圆满的句号。
海盗号着陆器 | 图片来源:NASA
冷战结束后,NASA恢复了火星探测任务,现在美国在火星有3个环绕器(人造火星卫星)、1个着陆器、2个巡视器处于工作状态,为科学家提供源源不断的数据。因此毅力号并不需要自己考察着陆点,美国的火星卫星已经为它代劳了。
前人栽树,后人乘凉。
美国目前对火星的探测,是世界领先的,这种领先地位的获得并不是“上帝保佑”,而是几代美国科学家的智慧结晶,更是自上世纪50年代以来历届美国政府对火星探测长期高额投入的结果。
中国是发展中国家,在美国水手4号抵达火星的时候,我们的第一颗人造地球卫星东方红一号还在研制。
我们没有赶上冷战中美苏两国的航天井喷时代,那时候我们没有钱,也没有技术。
三十年河东三十年河西,我们已经富强起来,攻守之势正在悄悄转变。
这正是我们大力发展航天技术的好时机,想要追上航天超级大国的脚步,我们更需要把握住历史机遇,把航天发展的前期投入补足。
正如习近平同志2月22日会见探月工程嫦娥五号任务参研参试人员代表时强调的,我们应当勇攀科技高峰,服务国家发展大局,为人类和平利用太空作出新的更大贡献。
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