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常识积累——毅力号和天问一号的区别

2021-02-28   来源:本站原创  浏览次数:

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北京时间2021年2月19日,美国的第五台火星车毅力号抵达火星,直接登陆,于4时55分成功降落在杰泽罗陨石坑。

许多人此时想到的却是我国天问一号火星探测器。它于2月10日进入环火轨道,将围绕火星飞行3个月左右,计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆。

美国“毅力号”登陆火星,它与天问一号区别在哪?

1.中美火星探测的任务目标和技术方案均不相同。

毅力号的任务目标是寻找生命,而且美国通过此前的探测,对着陆点比较熟悉,因此他们选择“直奔主题”。我国首次火星探测任务则是将“绕、落、巡”三步并作一步,在环绕过程中对着陆区进行详细勘测。

2.毅力号所用着陆方案难度更大。

登陆火星共有几种方式?无论是火星着陆器(不能移动的)还是火星车(能移动的),都需要闯三关:NASA JPL火星任务团队熟称EDL(进入、下降、着陆),这个过程需要经历空气动力减速、降落伞减速、反推动力减速,直至最后一关软着陆。要想实现软着陆,勇闯最后一关共有三种模式:

①中小型探测器——安全气囊法

采用反推火箭助力减速,安全气囊包裹弹跳软着陆模式,让探测器从时速160公里降至时速48公里弹性撞冲火星表面,即使撞到尖锐的岩石上也没事。这种被称为Vectran高强力聚芳酯纤维具有高强度、高弹性特点,强度是芳纶的两倍,足以经受住数次撞击、反弹减缓、直至静止,最终一次性放气。这种着陆方式很适合不足200公斤的火星车,比如勇气号、机遇号。如果单纯采用反推火箭进行动力减速,很难控制质量很轻的探测器姿态,很容易倾覆,器毁车亡。

②大型探测器——着陆支腿法

采用反推火箭减速+着陆器支撑模式,从时速160公里降至时速10公里以下,逐步减速直至最终软着陆。这种着陆方式适合于几百公斤的着陆器/火星车,比如海盗1/2号着陆器、洞察号着陆器。天问一号着陆器也将这种模式挑战软着陆,稍后不同的是,除了反推动力减速,还特别增加两次悬停操作,逐步降低着陆风险。这种稳健方法得益于嫦娥三、四、五号成功落月的实战经验。

③重型探测器——空中吊车法

采用反推火箭减速+空中吊车悬停投放火星车模式。从时速160公里降至每秒0.75米的着陆速度,一旦火星车触地软着陆,立即切断绳索,空中吊车飞离。

毅力号在降落过程中采用的“空中吊车”方式,也与天问一号计划采用的“降落伞+反推发动机”方式不同。这是美国继好奇号之后第二次采用“空中吊车”方式登陆火星,该技术的先进性和复杂程度极高,但能满足着陆质量较大的任务需求。

“空中吊车”从本质上还是采用反推发动机技术。不过天问一号以及美国早期火星车如洞察号、凤凰号等,反推发动机在探测器下方,“空中吊车”方式则是火星车在下方,反推发动机从上面牵引。该技术具备2个优点,一是可以避免因发动机推力过大溅起火星表面的尘土,对探测器造成影响;二是将悬吊着的火星车“放”到地面,对落点的平整度和坡度要求不高。

但天问一号的着陆方式,对地面平整度要求很高。因此它将沿用我国探月工程中“嫦娥”落月所用的悬停避障技术,确保落在比较平坦的地方。

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