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天问一号成功着陆火星后 中国与美国差距有多大?

京港台:2021-5-17 09:07| 来源:枢密院十号 | 评论( 80 )  | 我来说几句


天问一号成功着陆火星后 中国与美国差距有多大?

来源:倍可亲(backchina.com)

  中国天问一号火星探测器于15日成功在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆,火星上首次留下中国人的印迹。中国由此成为全球第二个能在火星表面展开科研探测的国家。但也有部分西方媒体称“中国不过是重复了美国多年前就完成的事而已”。

  OK,那今天我们就来认真讨论一下,在火星探测领域上,中美之间的技术差距到底有多大?

  

  

  上图:美国火星车采用的“天空起重机”模式 下图:天问一号采用的反推发动机减速模式

  在15日的降落过程中,天问一号自主完成了难度非常大的“惊魂9分钟”:它首先借助火星大气进行气动减速,克服超高速摩擦产生的高温、气动带来的姿态偏差等挑战,将每小时约2万公里的下降速度减掉90%左右;紧接着,天问一号打开降落伞,进行伞系减速,当速度降至每秒100米时再通过反推发动机减速,进入动力减速阶段。距离火星表面100米时,天问一号进入悬停阶段,精准避障、缓速下降后,着陆巡视器在缓冲机构和气囊的保护下稳稳降落在火星表面。

  必须要承认的是,美国在火星探测领域成功次数非常多,降落模式更是花样繁多:气囊弹跳方式、反推发动机减速方式和看上去最令人匪夷所思的“天空起重机”方式。

  不过据老司机了解,中国天问一号采用反推发动机减速方式并不代表落后。科学家们决定用什么方式降落火星,并不是所谓“谁更先进就用谁”,而是主要取决于火星车的重量和任务需求。例如美国早期的火星探测器重量小,就选择用气囊弹跳方式的方式。等后来的火星探测器个头大了,降落地点有精度要求了,就选择用反推发动机减速。采用“天空起重机”的美国“毅力”号火星车重量超过1吨,如果用传统的着陆方式,着陆器需要很强大的支撑结构,将导致探测器非常笨重。例如“天空起重机”也无法满足未来载人着陆器需求,后者重量可能达到13吨以上,因此届时美国也需要发展新的技术。

  相比之下,天问一号搭载的祝融号火星车重量只有240公斤,更适合使用反推发动机减速方法。虽然它的着陆方式看起来传统,却是在探月任务时不止一次得到实践考验过的技术,所以在登陆火星时使用该技术无疑是最可靠性的。毕竟中国这是首次登陆火星,确保任务的圆满成功最为关键。

  但必须要承认,美国在之前多次的火星探测任务中,积累了丰富的数据和经验,这种优势是中国首次火星探测任务时无法相比的。航天科技集团五院总体设计部火星巡视器总体主任设计师陈百超坦承,“我国首次实施火星探测任务,没有火星环境特别是大气等参数的一手数据,相当于在一个完全未知的环境步步摸索,难度可想而知。”

  缺乏一手核心数据也是天问一号为何在火星轨道上停留3个月才降落的重要原因之一。目前美国航空航天局(NASA)在火星轨道运行有“火星勘测轨道飞行器”、“火星大气与挥发演化”探测器和“火星奥德赛”号等多个探测器,它们不仅提供了火星环境的大量数据,而且还可为“毅力”号火星车提供中继通信服务,使后者可以安心地直接降落在火星表面。

  中国天问一号就没这么好的条件,由于美国禁止NASA与中国展开航天合作,天问一号必须预先用探测器携带的高分辨率相机,选择好合适的区域才能降落。此外,在火星轨道上分离的天问一号环绕器还将“一机多用”:它先作为飞行器,将着陆巡视器送至火星着陆轨道,然后作为通信器,建立与地球之间的中继通信链路,未来还要作为探测器对火星进行科学探测。

  另外,还要承认的是,美国“毅力”号火星车的探测任务比中国天问一号的难度更高。例如“毅力”号携带的火星直升机首次在地球以外的大气中飞行,意义非常重大。其次,“毅力”号还首次以火星大气中的二氧化碳为原料,直接通过高温电解的方式生成一氧化碳和氧气,这意味着人类在技术上有可能以火星大气为原料直接制取呼吸所需要的氧气。总的来说,“毅力”号上搭载的仪器主要是用于探索火星上是否存在生命,目标是为载人登火星做准备。

  相比之下,在火星探测领域,中国还是初次到访者。现在进行的包括对于火星表面的岩石成分、土壤、地质和大气构成等基础研究,是探测火星必须要做的必修课。而美国已经是屡次到火星“串门”的行家,因此在火星上工作内容肯定比中国要深入和丰富。但总体而言,中美在火星探测技术的差距正在缩小。

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