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出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

天问一号已经出发了,从海南文昌101号工位!关于天问一号和它的火星车各种相关已经被铺天盖地的科普过了,今天就简单说说从地球到火星,天问一号到底要跨过几个生死之关?

天问一号已经出发了,从海南文昌101号工位!关于天问一号和它的火星车各种相关已经被铺天盖地的科普过了,今天就简单说说从地球到火星,天问一号到底要跨过几个生死之关?

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

天问一号的如何到达火星?

探测器进入近地轨道应该是最稀松平常的故事了,毕竟从发射了那么多次,近地轨道还是最容易实现的,但这是万里长征的第一步而已,第二步就是从近地轨道转到地火转移轨道,上一次萤火一号就是搭载在俄罗斯的“福布斯·土壤号”上在地火转移轨道上点火失败,最终坠入太平洋!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

这是天问一号第一个坎,而且火星在它的轨道上不断的运动,我们无法瞄准它现在的位置,而是要计算出它在明年二月份时的火星位置,当天问一号赶到那里时,火星也刚好到达!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

不过好在是天问一号并不是出膛的子弹,而是可以持续调整,假如在半路上发现天问一号跑偏了,到达的预计交汇点可能与火星失之交臂,那么赶紧启动调整方案,看是加速还是减速或者调整轨迹,使之与火星回合!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

历史上有很多在探测器在即将到达火星时失败,比如1992年美国的“火星观测者号”,切入火星轨道失败,探测器失联!1998年NASA的“火星气候卫星”,切入火星轨道角度太大,直接在大气层中烧毁。1998年日本“希望号”火星探测器,由于途中轨道误差太大,调整中燃料消耗过大,抵达火星前燃料就已经消耗殆尽,轨道不理想,试图在环日后重新进入火星轨道,但未能如愿,最终失败!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

因此精准控制,减速切入火星轨道,是“天问一号”的第二个坎!

天问一号如何着陆?火星车有哪些难度

进入了火星轨道,“天问一号”就完事大吉了吗?应该说到这里任务完成了三分之一,为什么说只有三分之一呢?因为“天问一号”的任务包含了绕、落、巡三个,而跨越了上亿千米到达了火星轨道,不过是完成了绕这个任务而已!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

接下来的任务则是落,这是第三个坎,登陆月球嫦娥三号和四号已经操作过两次,但火星登陆则完全懵逼,NASA登陆过好多次,但没人会告诉我们怎么做,完全就是摸石头过河,好在是有人已经摸过石头了!看看哪几块石头可以扶个手,但水深水浅完全不知道啊!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

天问一号着陆器选的是超音速开伞、动力减速、悬停选址、降落的整个流程,被称为恐怖7分钟,登陆火星的探测器中能成功穿越火星大气层的大概只有一半多点,看来希望还是有的,但挑战极大!比如超音速开伞,与最后的悬停选址,因为火星和地球存在极大的通信延迟,所以“天问一号”只能自己想办法!万一落下位置选址不对,一旦倾倒就没有机会啦!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

登陆火星,完成了2/3,已经胜利在望了,当然剩下最后关键,火星车从着陆器上欢欢驶离,中国人的火星车正式驰骋在火星大地上,这个过程嫦娥三号和四号也操作了两次,很简单?和登陆月球的时间只有几天不一样,到达火星半年,绕轨道2-3个月,进入火星大气层的震动是否会导致结构问题,所以火星车顺利驶下着陆器,将成为第四个坎!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

最后则是火星环境,比月球环境更好的是火星和地球昼夜差不多,温差比月球要小,但太阳辐射只有月球的一半,还有沙尘暴,所以巡视车到达火星后保温比月球低,但难度也不小!另外太阳能电池如何不被沙尘暴覆盖,机遇号的教训如何避免都是一个难题,这是第五个坎!

天问一号的通信如何保障?

通信保障是整个任务中最重大的一环,假如没有通信支持,“天问一号”根本就出不了门,即使出了门也可能是只无头苍蝇!深空测控网的建设天链中继通信在此次任务中将发挥关键性作用!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

这中间有几个环节必须了解下,因为地球距离火星最近也有5500万千米,最远则高达四亿千米!因此超大口径的深空测控天线是必须的,但除了这个还不行,因为地球和火星都在自转,通信中断的窗口期很长,刚好两者刚好相对的时间连一半都不到,怎么办?

在地球上设置深空测控网,比如:

2011年,佳木斯66米和喀什35米天线初步建成, 同年11月就投入了嫦娥二号任务飞掠小行星图塔蒂斯以及后续拓展任务的S频段测控支持。

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佳木斯深空站(北纬46°2937, 东经130°4612)66米天线和喀什深空站(北纬38°2634.7, 东经76°4340.3)35米天线

2013年,佳木斯深空站和喀什深空站正式建成并投入使用,同年12月正式加入嫦娥三号任务的测控工作,首次利用X频段完成了嫦娥三号地月转移、环月、动力下降和月面工作各阶段的测控工作

2017年,阿根廷35米天线深空站建成,2018年5月发射的嫦娥四号中继星鹊桥任务中正式投入使用!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

阿根廷深空站(南纬38°11′28.90″, 西经70°8′58.20″)35米天线

2020年4月25日,中国科学院国家天文台在天津武清的70米天线(GRAS-4)吊装成功,预计到2020年10月可投入使用,天问一号抵达火星之后加入数据接收工作。

基本上这三个点大致覆盖了地球上任何时间与深空探测器联系,特别是阿根廷35米测控天线,位于南半球,直接填补了空白,远航系列测控船可以少跑几趟了!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

天链卫星的两颗中继卫星已经专门为“天问一号”做了任务适应性改造,未来将接力跟踪目标,提供遥测数据中继传输服务!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

另一个关键则是火星,因为火星也在自转,我们解决了地球的问题,火星怎么办?没错已经考虑好如何解决这个问题了,轨道器在环绕火星的轨道上运行,它差不多有一半以上的时间可以和火星车保持联系,因此它将成为地球到火星之间的中继通信服务提供者,加上火星登陆点朝向地球时,尽管不能保证100%保持联系,但至少是大部分时候了!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

但是如果火星跑到了太阳另一边,中间被太阳遮挡时,那么在小行星带的中继通信网建立成功之前,谁都没有好办法!

天问一号如何定位?

各种条件都具备了,“天问一号”在哪里?可能大家一下子都答不上来,别担心,在测控网展开的同时,定位系统也准备好了!一般在深空测控任务的定位中,除了常见的惯性(陀螺仪)定位外,还有天文导航,这些相对精度上有些差距,一般在深空中还需要甚长基线测量定位技术(VLBI)的三角差分单向测距方式来定位!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

这种方式原理很简单,就是三角定位,但技术远比三角定位要高得多,中国在这方面的定位早已经过探月工程的考验,保障通信的测控站,经过联调是可以使用甚长基线测量定位技术来对“天问一号”进行定位的!

出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?

而且甚长基线测量定位技术属于无源定位,天线不发射信号,仅接收探测器的信号,因此FAST也可以参与进来,当然是否要参与这不是种花家所能决定的哈!

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