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在今年夏季,将会有多个火星探测器先后发射升空,开启火星之旅,在此让我们一起期待这些探测器从火星上面发回火星的照片、数据。在此之前,我们人类已经展开了不少火星探索任务,美国、俄罗斯、欧盟、印度等航天机构都先后发射了一些火星探测器
探索火星有多难?
我们知道,发射环绕地球运行的卫星需要达到一定的速度,才不会掉入地球大气层,同样的道理,探测器想离开地球、进入深空,需要更高的飞行速度。如果我们发射火星探测器,意味着我们的探测器需要至少达到地球逃逸速度(或称第二宇宙速度,11.2公里每秒),才能摆脱地球的引力进入地火转移轨道。以我们人类当前的科技水平,只有大推力的运载火箭才能达到这样的速度,因此我们看到发射卫星、探测器时,都需要乘坐运载火箭发射升空。
当火星探测器成功发射升空,也只是取得了第一阶段的成功,因为在后面还会面临很多挑战,如在通讯方面。由于火星探测器在前往火星的过程中,与我们地球的距离非常远,探测器发回的信号是很微弱的,需要有非常强大的深空测控网才能实现与探测器的通讯。除此之外,由于距离远,所以我们与探测器的通讯会存在比较长时间的延迟,我们没法对探测器实时操控,因此很多轨道调整、速度调整、角度调整等都需要依靠探测器自主完成。
当探测器切入轨道时,如果切入点离火星相对较远,探测器可能就错过了火星,没法被火星的引力捕获;如果切入点离火星太近,探测器就可能会直接坠到火星大气层。所以,火星探索非常难,失败率也非常高。
印度怎么将探测器到达火星的?看完可能就明白了
前文说到,探测器需要达到足够快的速度,才能进入地火转移轨道,这个过程需要有大推力的运载火箭才能实现。印度首个火星探测器是在2013年11月5日发射升空的曼加里安号火星探测器,这个火星探测器重约1.35吨,和一个标准冰箱大小相当,由印度的极轨运载火箭负责发射升空。
根据资料显示,印度极轨卫星运载火箭(PSLV)在1994年10月首次成功发射,起飞重量为294吨,低地球轨道运载能力为3.25吨,太阳同步轨道有效载荷为1.2吨。从数据来看,这一款运载火箭的推力其实不强,是怎么将重达1.35吨的火星探测器送上火星的呢?
我们看一下这个火星探测器的“奔火”之旅,其实就可以找到答案。探测器在2013年11月5日发射升空以后,经过近45分钟的飞行才进入环绕地球运行的椭圆轨道,随后经过多次升轨、加速,才进入更高轨道。在发射后的近一个月内,这个探测器其实都没有正式开始火星之旅,而是一直在环绕地球运行,不断进行加速。当然,这个过程中需要消耗探测器所搭载的燃料,也导致这个探测器的火星之旅耗时比较长,在2014年9月24日才到达火星轨道,飞行时间长达320多天,将近11个月。由于这个探测器只是环绕火星飞行的轨道探测器,不需要着陆到火星表面,所以探测器成功到达火星轨道,被火星引力捕获,其实就算是成功了。
类似的场景,相信很多朋友在2019年就已经看到了。在2019年印度发射了月船2号月球探测器,当时探测器也是在地球轨道上运行了近一个月时间,进行了多次升轨、加速后才进入月球轨道。这也是运载火箭推力不足的原因。
火星探测器发射升空,只是成功开启火星之旅,能否顺利到达火星,后期的监控是非常重要的。在后续的火星探测器通讯方面,NASA的深空测控网为印度火星探测器提供了帮助。由于印度没有这么强大的深空测控网,或许我们可以这样认为,如果没有NASA深空测控网的帮助,这个探测器是否能够到达火星,那就不知道了。
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