今日看点

登火与登月,哪个更难?

发表于话题:天问一号登陆火星
发布时间:2021-05-15

  大家翘首以盼的天问一号火星探测器着陆器,即将登陆火星。很多人都知道登陆火星很难,但是到底有多难?难在哪里?可能大家就说不出来了。这次就让我们详细聊聊登陆火星的难点所在,以及天问一号所用到的技术。


  天问一号自拍照

  迄今为止,除去小行星,人类登陆过的外星球只有四个,分别是月球、火星、金星和土星的卫星泰坦。其实还要算上地球,因为飞船从外太空返回地球的时候,也需要经受着陆的考验。在这五个星球中,登陆火星算是什么难度等级呢?最难,没有之一。如果按照难度进行排序的话,登火最难,月球属于比较难,地球算比较简单,金星、泰坦最容易。为什么这么说呢?让我们来挨个盘点一下。


  天问一号登陆火星想象图

  金星的大气层非常浓密,地面大气压相当于90个标准大气压,表面温度达到了470℃,可以说地狱一般的环境。然而,从登陆金星的角度来说,非常简单,单纯靠降落伞就可以了,毕竟金星稠密的大气层能很好地起到减速的作用,使得着陆器能以很低的速度安全着陆。


  登陆金星的流程示意图

  苏联向火星和金星都发射过着陆器。苏联发射到火星附近的着陆器有四个,没有一个完全成功的案例,只有火星三号软着陆之后工作了很短时间就失联了,属于部分成功。但是登陆金星有好几个都成功了,包括金星8号、金星9号、金星10号、金星11号、金星12号、金星13号、金星14号等等。感觉成功率挺高,其实苏联是成功之后才给编号,这之间其实也有失败的情况。


  金星表面的苏联着陆器

  苏联发射了那么多金星着陆器,并不是因为金星表面有多大的科学研究价值,实际上美国就从来不向金星派着陆器。苏联纯粹是因为在金星着陆比较简单,成功之后出门倍有面子。所有的着陆器在金星表面不过能工作几个小时,然后就在这高温、高压、高酸的环境下,设备失灵了。这能有多大的科学意义?!纯粹是苏维埃面子工程。


  惠更斯着陆器登陆泰坦流程

  在泰坦上着陆,只怕比金星更简单。泰坦的引力低,只有地球的14%,而大气密度反而比地球更高,能达到地球的四倍。因此,2005年1月14日登陆泰坦的惠更斯着陆器,就只使用了降落伞,稳稳地在泰坦表面着陆。


  蜻蜓号着陆泰坦的过程

  预计在2036年登陆泰坦的蜻蜓号探测器,先使用降落伞减速。快接近地面的时候,抛弃降落伞,通过螺旋桨旋翼,实现着陆。这样做的原因是蜻蜓号本身就是直升机,在最后阶段需要自主寻找合适的降落地点。


  嫦娥五号返回地球的过程

  飞船返回地球时,由于地球有浓密的大气层,完全可以用降落伞实现减速和着陆。假如以地球难度为基准的话,金星和泰坦的进入难度都低于地球,而月球则高于地球。月球上没有大气,只能完全依赖反推火箭实现着陆。大家可能觉得反推火箭登月没什么难度,毕竟从嫦娥三号开始,中国几次登月都成功了。其实,能从太空返回地球的国家不少,能在月球表面实现软着陆的国家只有三个,即美、俄、中。


  嫦娥五号登陆月球

  以嫦娥五号为例,在接近月面的时候要减速,然后水平机动,自动寻找合适的降落地点;距离地面5米时发动机关机,然后靠减震装置落到月面。这种对火箭动力精确控制的能力,就不是一般国家能够拥有的。现在除了中美俄实现了月球软着陆,另有以色列和印度实现了硬着陆,结结实实的那种。


  天问一号拍摄的火星照片

  至于登陆火星,那真是难上加难了。火星比较小,虽然引力小,但环绕速度还比较高,反而增加了减速的难度。火星有大气层,可以用来减速,但同时要做好热防护。然而,火星大气层很稀薄,减速效果不好,这就很麻烦。这意味着着陆器在降落伞减速之后,接近地面时还有很高的速度,需要做最后的减速,否则就拍地上了。总之,各种麻烦都占全了,因此登陆火星是最难的。


  NASA进行旅居者号减速气囊的测试

  根据降落伞之后减速方式的不同,目前有三种火星登陆模式。第一种是气囊减速法。美国最早登陆火星的火星车,比如旅居者号、勇气号和机遇号,都采用了气囊减速的模式。


  小猎犬二号的登陆流程

  气囊减速方式缺点很多。首先火星车不能太重,否则气囊无法承受落地的冲击力。其次,气囊着陆难以保证安全,落点不可控。2003年欧空局的小猎犬二号火星着陆器登陆火星时,采用气囊方式,登陆成功后太阳能电池板未能展开,造成任务失败。有人认为气囊阻碍了太阳能电池板的展开。自从勇气号、机遇号之后,气囊方式已经不再使用。


  海盗一号登陆过程

  第二种方法就是反推火箭。人类第一个完全成功的火星着陆器,海盗一号,还有兄弟海盗二号,以及近年来的洞察号、凤凰号等,都采用这种模式。这一次天问一号也是用的反推火箭的模式。第三种其实是第二种的变种,即天车模式,从本质上来说还是反推火箭。从好奇号开始,到最近的毅力号火星车,都应用了天车模式。


  毅力号火星车降落

  传统的反推火箭在着陆前要切断发动机,由着陆腿吸收着陆冲击,显然只适用于重量不是很高的着陆器。此外,发动机吹起的灰尘,也有可能对着陆器造成影响。使用天车的方式,通过将反冲火箭置于天车之上,再由缆绳吊着火星车或着陆器落地,一是可以稳稳地着陆,另外也能避免火箭激起地面灰尘。


  天车着陆模式

  天问一号着陆器使用反推火箭,没有使用天车模式,从根本上来说还是因为火星车比较轻,只有240千克。相比之下,毅力号重达1025公斤。 天问一号着陆流程是这样的。

  

气动减速,用大约290秒时间从4.8千米/秒减速到460米/秒;降落伞减速,用约90秒时间把速度进一步降低到95米/秒,注意开伞时的速度,后面还要细说;扔掉大底和被罩,启动反推火箭,再花80秒时间,将下降速度降低到接近于0;最后阶段,在100米以下高度水平机动,自主寻找合适的降落地点,找到后降落,用四个着陆腿吸收冲击力。

  从1到3的减速过程,历时400多秒,大约七分钟,这就是著名的恐怖七分钟的由来。由于地火之间距离遥远,上述所有步骤都要着陆器自己完成,地面无法干预。在人类历史上,只有美国实现了完全成功的火星着陆。苏联解体之后俄罗斯不玩了,欧空局在2003年和2016年的两次尝试都失败了。天问一号成功之后,中国排名升到第二位。


  着陆后的天问一号想象图

  这次天问一号着陆器的减速降落伞,将采用最先进的超音速降落伞,与毅力号所用的降落伞属于同一档次。这之前,所有火星着陆器开伞时的速度都是亚音速。由于毅力号的重量太大,需要在超音速条件下开伞,才能更多地降低速度。超音速降落伞能用于质量超过3吨的火星着陆器。


  毅利号的超音速降落伞上面还有个谜语

  其实,天问一号着陆器质量不过一吨多,并不需要超音速降落伞。显然这是要进行技术验证,为未来中国更大质量的火星车登陆火星做准备。


  天问一号登火过程

  预祝天问一号登火成功,开启人类登火新时代!

  #全能创作家#

标签组:[金星] [火星一号] [火星大气] [太阳系] [火星卫星] [火星车] [登月] [人类登月] [降落伞

本文来源:https://www.kandian5.com/articles/16032.html

相关阅读

唐代李端《听筝》诗歌赏析

听筝/鸣筝唐代:李端鸣筝金粟柱,素手玉房前。欲得周郎顾,时时误拂弦。译文金粟轴的古筝发出优美的声音,那素手拨筝的美人坐在玉房前。想尽了办法为博取周郎的青睐,你看她故意地时时拨错了琴弦。赏析这首小诗轻捷...

2025-04-25

唐代白居易《问刘十九》诗歌赏析

问刘十九唐代:白居易绿蚁新醅酒,红泥小火炉。晚来天欲雪,能饮一杯无?韵译新酿的米酒,色绿香浓;小小红泥炉,烧得殷红。天快黑了大雪将至,能否一顾寒舍共饮一杯暖酒?意译我家新酿的米酒还未过滤,酒面上泛起一...

2025-04-25

唐代宋之问《渡汉江》诗歌赏析

渡汉江唐代:宋之问岭外音书断,经冬复历春。近乡情更怯,不敢问来人。译文客居岭外与家里音信断绝,经过了冬天又到了春天。离故乡越近心中越胆怯,不敢询问从家那边过来的人。赏析《渡汉江》诗意在写思乡情切,真实...

2025-04-25

唐代王维《鹿柴》诗歌赏析

鹿柴唐代:王维空山不见人,但闻人语响。返景入深林,复照青苔上。译文幽静的山谷里看不见人,只能听到那说话的声音。落日的影晕映入了深林,又照在青苔上景色宜人。赏析第一句“空山不见人”,先正面描写空山的杳无...

2025-04-25

《吕氏春秋·不苟论》不苟赏析

【原文】贤者之事也①,虽贵不苟为,虽听不自阿,必中②理然后动,必当义然后举。此忠臣之行也,贤主之所说,而不肖主之所不说。非恶其声也。人主虽不肖,其说忠臣之声与贤主同,行其实则与贤主有异。异,故其功名祸...

2025-04-25

《吕氏春秋·不苟论》赞能赏析

【原文】贤者善人以人①,中人以事,不肖者以财。得十良马,不若得一伯乐;得十良剑,不若得一欧冶②;得地千里,不若得一圣人。舜得皋陶而舜授之,汤得伊尹而有夏民,文王得吕望而服殷商。夫得圣人,岂有里数哉③?...

2025-04-25

唐代王建《新嫁娘词》古诗赏析

新嫁娘词唐代:王建三日入厨下,洗手作羹汤。未谙姑食性,先遣小姑尝。译文新婚三天来到厨房,洗手亲自作羹汤。还不熟悉婆婆的口味,做好先让小姑品尝。赏析“新媳妇难当”——在旧社会人们普遍有这种看法。但也有些...

2025-04-25

唐代王维《相思》诗歌赏析

相思唐代:王维红豆生南国,春来发几枝。愿君多采撷,此物最相思。译文红豆生长在阳光明媚的南方,每逢春天不知长多少新枝。希望思念的人儿多多采摘,因为它最能寄托相思之情。赏析这是借咏物而寄相思的诗,是眷怀友...

2025-04-25

唐代王之涣《登鹳雀楼》古诗赏析

登鹳雀楼唐代:王之涣白日依山尽,黄河入海流。欲穷千里目,更上一层楼。译文夕阳依傍着山峦慢慢沉落,滔滔黄河朝着大海汹涌奔流。想要看到千里之外的风光,那就要再登上更高的一层城楼。赏析这首诗写诗人在登高望远...

2025-04-25

王维《杂诗三首·其二》赏析

杂诗三首·其二唐代:王维君自故乡来,应知故乡事。来日绮窗前,寒梅著花未?译文您是刚从我们家乡来的,一定了解家乡的人情世态。请问您来的时候我家雕画花纹的窗户前,那一株腊梅花开了没有?赏析诗中的抒情主人公...

2025-04-25