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时速1.7万公里!一团火球划破火星天空,国产飞船夺两项世界第

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2019-10-28 17:17:08

火星是太阳系中除地球以外的三大类地行星之一,也是人类最有可能登陆的第一颗地外行星。在59年的火星探索中,人类已经进行了45次发射,但成功率只有40%。检测方法由易到难有:飞越检测、环航检测、着陆检测和巡逻检测。迄今为止,只有美国在世界200多个国家和地区成功地在火星表面部署了四架漫游者。

登陆火星

航天工业的发展一直具有“国防、经济和科学”三大价值属性。对我国来说,现在有近300颗卫星在轨道上运行。航天工业的总规模居世界第二,在21世纪探索月球的大潮中,通过五次发射获得了第一名。嫦娥3/4号成功地相继登陆月球的正面和背面,向世界展示了中国科技发展的强大实力和全新特征。火星自然进入了我们的视野。

最近,航天科技集团首次发布了中国火星一号探测器进行热真空测试的照片。明年7月23日,它将发射长征5号运载火箭开始火星之旅。

火星一号探测器

火星一号将一举赢得两项世界第一。宇宙飞船由两个主舱组成。白色锥体结构是一种入口装置,由火星探测器着陆器包裹。圆锥下面的金黄色隔间是一个轨道飞行器。那时,它将是一颗在极地轨道上环绕火星运行的卫星。这是世界上第一次宇宙飞船在第一次自主火灾探测任务中一次发射就完成了“盘旋、坠落和巡逻”三大任务。

这个5吨重的宇宙飞船的总重量是另一个世界第一,这将是有史以来发射到火星轨道上的最大吨位的探测器。

长征五号火箭将在年底发射。

你为什么要选择这样一个大跃进式的火星探索计划?有两个主要考虑因素。首先,我们对自己的技术实力充满信心。我们已经拥有与大洋彼岸相当的火星探测工程实力。

深空探测肯定会在TT&C之前进行,即使火星之间高达4亿公里的距离只有几分之一秒,任务也将彻底失败。航天器高效准确的TT&C是确保成功执行任务的先决条件。

65米天马射电望远镜

在嫦娥探月项目实施阶段,我们逐步建立了以喀什、佳木斯和阿根廷为基础的覆盖全球的深空观测网络。除了已经在中国建立的vlbi天文观测网络之外,两者之间相互支持的观测和控制距离已经可以到达太阳系的边缘,因此为火星探索服务也就不足为奇了。

目前,中国是世界上唯一拥有联合国工业分类目录中所有工业类别的国家,这使得我们有可能开展一系列困难的项目。

火星的环境不同于月球的环境。前者昼夜温差条件更复杂。玉兔1号和2号月球车使用的传统隔热材料无法应用于火星环境。仅在四个月内,COSTIND 306就开发出超低密度纳米气凝胶隔热材料,这有力地支持了火星1号宇宙飞船检查员的发展。

火星一号探测器

嫦娥探月工程捕获的一系列子系统也将广泛应用于火星一号航天器。在长达7个月的地球火转移轨道期间提供动力的主机将具有与嫦娥五号助推器相同的3000牛顿推力。

火星一号着陆器使用的7500n可变推力发动机是嫦娥三号/四号任务的金牌发动机。在两次登月任务中,这种发动机的比冲得到了显著提高。为了适应火星着陆任务,这种发动机的适应性得到了提高。今年5月,航天科技集团101第六研究所7500n变推力发动机大喷管状态的可靠性试验也顺利完成。

火星1号着陆器7500n可变推力发动机

明年将是火星的新年。除火星1号外,还将有美国的“火星漫游车2020”和俄罗斯和欧洲联合开发的exomars2020火星探测器。欧空局和俄罗斯是两个在火星任务方面有丰富经验的空间实体,但它们都没有能力独立登陆火星,所以两者都希望联合登上火星。

登陆火星需要四个阶段:气动减速、降落伞减速、动态减速和缓冲着陆。任何环节的任何失败都将导致着陆任务的彻底失败。降落伞减速阶段是最危险的阶段。俄罗斯和欧洲联合开发的exomars2020火星探测器今年在降落伞测试中连续两次失败,这严重推迟了项目的进展,给任务的执行蒙上了阴影。

火星大气降落伞

另一方面,中国的火星一号降落伞装置是一年多前开发和测试的。为了再现火星的空气动力学环境,我们使用天鹰系列探空火箭将火星1号降落伞装置发射到大约50,000米的高度,连续几次进行降落伞打开测试。超音速激波风洞也有效地支持了降落伞装置的发展。

一系列关键技术的突破,如深空TT&C号、可变推力发动机和火星大气降落伞,是我们敢于采取跨越式火星探索路线的根本原因。所谓事半功倍也是如此。

火星一号轨道飞行器

另一个原因是节约成本。航天工业的发展最终是为人类生产力的解放服务的。卫星应用一直是中国航天工业的主轴。在此基础上,空间科学探索应该在我们的能力范围内进行。天宫空间站、嫦娥探月工程和载人登月工程都是重大战略项目,到处都需要资金。仅嫦娥探月工程就需要投资100亿元人民币。

建设嫦娥探月工程100亿元人民币(照片:嫦娥5号)

根据国际火灾探测实践,火星一号可以分两次发射,但成本肯定会上升。早在十年前,嫦娥二号轨道飞行器发射前,科学家们就为火星项目而战。我们错过2012年、2014年、2016年和2018年四个火星发射窗口的核心原因也是“钱”。

火星一号项目的成功也归功于该项目的经济设计。这也是因为太空系统的一句老话,“最重要的事情是用最少的钱做的”。这是一项前所未有的伟大实践:第一次独立的火灾探测将实现“着陆和巡逻三步走”。

高效吸能合金嫦娥4号着陆机构

嫦娥探月、天宫空间站和火星探测三大空间探测项目的并行实施也反映了中国当前的国力。以火星一号着陆器的缓冲元件为例。它由中国科学院固体研究所为嫦娥三号着陆器缓冲机构研制的高效吸能合金制成。仅在项目阶段的开发任务中,就生产了600台用于测试,这对整个国家来说是一个难以承受的负担。

火星上的低语

2021年4月23日,火星天空将会出现一个高空火球。这是火星一号宇宙飞船,速度为每小时17000公里。当它慢慢降落在火星表面时,它将是中国500年前所未有的变化写在另一个星球上的最多彩的作品。

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