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2020年探测火星,深空探测

2019-10-01 11:10

美国国家航空航天局3月21日发布报告称,在火星测温受阻的”洞察”号火星探测器,作业已暂停近三周,故障原因仍未查明。

原标题:2020年探测火星,我们准备好了吗

美国国家航空航天局3月21日发布报告称,在火星测温受阻的”洞察”号火星探测器,作业已暂停近三周,故障原因仍未查明。

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显然,探测火星不是件容易的事。可是人类探测火星的热情却从未熄灭。2019年全国两会期间,全国政协委员、中国探月工程总设计师吴伟仁透露,2020年我国将发射探测器,实现对火星的环绕、着陆和巡视探测。中国火星探测任务工程总设计师张荣桥曾表示,首次火星探测任务一步实现“绕、落、巡”探测,这在国际上前所未有,难度极大。

美国国家航空航天局3月21日发布报告称,在火星测温受阻的”洞察”号火星探测器,作业已暂停近三周,故障原因仍未查明。

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据中国航天科技集团公司五院消息,嫦娥五号探测器系统即将开展正样热试验、采样封装专项试验等多个大型试验,预计将于年底前完成发射任务。

火星有什么魔力吸引人类前赴后继?面对艰巨的挑战,我们准备好了吗?

显然,探测火星不是件容易的事。可是人类探测火星的热情却从未熄灭。2019年全国两会期间,全国政协委员、中国探月工程总设计师吴伟仁透露,2020年我国将发射探测器,实现对火星的环绕、着陆和巡视探测。中国火星探测任务工程总设计师张荣桥曾表示,首次火星探测任务一步实现“绕、落、巡”探测,这在国际上前所未有,难度极大。

图为“旅居者号”离开“火星探路者号”进行探索时,美国国家航空航天局接收到的画面。

航天事业不仅是近地轨道航天器的研究和应用,遥远的深空更有航天人的诗和远方。

为人类寻找第二家园探路

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显然,探测火星不是件容易的事。可是人类探测火星的热情却从未熄灭。2019年全国两会期间,全国政协委员、中国探月工程总设计师吴伟仁透露,2020年我国将发射探测器,实现对火星的环绕、着陆和巡视探测。中国火星探测任务工程总设计师张荣桥曾表示,首次火星探测任务一步实现“绕、落、巡”探测,这在国际上前所未有,难度极大。

前不久,美国特朗普政府透露了重返月球的雄心。我国也公布了一系列深空探测计划。从月球、火星到小行星、木星,在不久的将来,中国航天的脚步将不断迈向深邃的太空。

从儿时熟悉的“马丁叔叔”,到近年热映的《火星救援》,火星寄托着人类无数太空梦想,被视为人类“太空家园”的重要候选。美国SpaceX公司近年就提出了“火星移民”计划,并设计了一次可以运送100人的火星火箭“BFR”。

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火星有什么魔力吸引人类前赴后继?面对艰巨的挑战,我们准备好了吗?

月球: 迈向深空第一站

当然,要改造、建设并移居火星还为时尚早,但现阶段对火星进行探测,也具有重要的科学意义。

从儿时熟悉的“马丁叔叔”,到近年热映的《火星救援》,火星寄托着人类无数太空梦想,被视为人类“太空家园”的重要候选。美国SpaceX公司近年就提出了“火星移民”计划,并设计了一次可以运送100人的火星火箭“BFR”。

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月球是人类迈向深空的第一站。

中国科学院国家天文台研究员郑永春认为,研究火星可以给人类带来很多的启示。他表示,火星和地球是太阳系里的“兄弟姐妹”,研究两者的异同,互为参考,是极具价值的基础研究。

当然,要改造、建设并移居火星还为时尚早,但现阶段对火星进行探测,也具有重要的科学意义。

从儿时熟悉的“马丁叔叔”,到近年热映的《火星救援》,火星寄托着人类无数太空梦想,被视为人类“太空家园”的重要候选。美国SpaceX公司近年就提出了“火星移民”计划,并设计了一次可以运送100人的火星火箭“BFR”。

今年12月前后,我国将发射嫦娥五号探测器,在月面着陆并采集2千克月球样品返回地球。这是我国探月工程“绕、落、回”三步走的最后一步。

火星上是否存在或曾经存在过生命,这也是让科学家牵肠挂肚的谜题。研究表明,远古时代火星上曾有湿暖气候和流动水;2018年,科学家在火星南极冰盖下发现了液态水存在的证据。这增强了人们寻找火星生命的信心,也让人们看到了在火星上生活的希望。

中国科学院国家天文台研究员郑永春认为,研究火星可以给人类带来很多的启示。他表示,火星和地球是太阳系里的“兄弟姐妹”,研究两者的异同,互为参考,是极具价值的基础研究。

当然,要改造、建设并移居火星还为时尚早,但现阶段对火星进行探测,也具有重要的科学意义。

国家航天局副局长吴艳华此前宣布了我国第四步探月规划:计划于2018年发射嫦娥四号探测器,实施世界首次到月球背面的巡视探测;2020年左右发射嫦娥六号探测器,实施月球背面采样返回任务。

此外,对火星本底磁场长期演变的探测,对研究地球磁场的长期演化具有重要借鉴意义;对火星地形、地貌特征与分区,表面物质组成与分布等开展研究,则有助于了解火星的起源与演化。

火星上是否存在或曾经存在过生命,这也是让科学家牵肠挂肚的谜题。研究表明,远古时代火星上曾有湿暖气候和流动水;2018年,科学家在火星南极冰盖下发现了液态水存在的证据。这增强了人们寻找火星生命的信心,也让人们看到了在火星上生活的希望。

中国科学院国家天文台研究员郑永春认为,研究火星可以给人类带来很多的启示。他表示,火星和地球是太阳系里的“兄弟姐妹”,研究两者的异同,互为参考,是极具价值的基础研究。

航天专家、《国际太空》杂志社执行总编庞之浩表示,人类至今已发射上百个月球探测器,并登上了月球,但对月球的了解并不全面。目前还没有国家在月球背面进行着陆巡视探测,首要难点是通信测控。

我国首个火星探测器搭载了13台科学载荷,将探测火星的形貌、土壤、环境、大气,研究火星上的水冰分布、物理场和内部结构。

此外,对火星本底磁场长期演变的探测,对研究地球磁场的长期演化具有重要借鉴意义;对火星地形、地貌特征与分区,表面物质组成与分布等开展研究,则有助于了解火星的起源与演化。

火星上是否存在或曾经存在过生命,这也是让科学家牵肠挂肚的谜题。研究表明,远古时代火星上曾有湿暖气候和流动水;2018年,科学家在火星南极冰盖下发现了液态水存在的证据。这增强了人们寻找火星生命的信心,也让人们看到了在火星上生活的希望。

航天专家、中国航天科工二院二部研究员杨宇光说,由于被地球潮汐锁定,月球只能永远以同一面朝向地球。人类在地球上不仅看不到月球背面,通信信号也无法达到。

百家棋牌官网,全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩表示,如果这次任务成功,我国将进一步实施火星表面采样返回任务,最终实现对火星从全球普查到局部详查、着陆就位分析,再到样品实验室分析的科学递进。庞之浩介绍,我国火星探测计划总体科学目标包括研究确定火星着陆和生命存在的条件与地区,火星土壤特性及其水冰、气体与物质组成,火星大气及气候特征,火星地质特征、演化与比较行星学等。

我国首个火星探测器搭载了13台科学载荷,将探测火星的形貌、土壤、环境、大气,研究火星上的水冰分布、物理场和内部结构。

此外,对火星本底磁场长期演变的探测,对研究地球磁场的长期演化具有重要借鉴意义;对火星地形、地貌特征与分区,表面物质组成与分布等开展研究,则有助于了解火星的起源与演化。

为此,我国将向地月拉格朗日2点发射一颗中继卫星,满足通信数据传输所需。但杨宇光表示,相比地面口径达数十米的天线,无论是中继卫星还是月球探测器,天线的口径都不可能太大,因而只能用窄波束天线实现较大容量的数据传输。这对天线的指向精度要求极高。

探月工程为探火任务奠定基础

全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩表示,如果这次任务成功,我国将进一步实施火星表面采样返回任务,最终实现对火星从全球普查到局部详查、着陆就位分析,再到样品实验室分析的科学递进。庞之浩介绍,我国火星探测计划总体科学目标包括研究确定火星着陆和生命存在的条件与地区,火星土壤特性及其水冰、气体与物质组成,火星大气及气候特征,火星地质特征、演化与比较行星学等。

我国首个火星探测器搭载了13台科学载荷,将探测火星的形貌、土壤、环境、大气,研究火星上的水冰分布、物理场和内部结构。

庞之浩说,月球背面地形比正面更复杂,陨石坑更多。要找到既有研究价值又适合着陆的地点,进行区域性详查和精查十分重要。但他表示,深入了解月球背面对研究月球的起源和演变、调查月球地质和资源情况等有重要作用,同时那里不受来自地球的无线电波干扰,是建造科研基地的理想圣地。

要实现上述目标,首先得到达火星,这一过程困难重重。

探月工程为探火任务奠定基础

全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩表示,如果这次任务成功,我国将进一步实施火星表面采样返回任务,最终实现对火星从全球普查到局部详查、着陆就位分析,再到样品实验室分析的科学递进。庞之浩介绍,我国火星探测计划总体科学目标包括研究确定火星着陆和生命存在的条件与地区,火星土壤特性及其水冰、气体与物质组成,火星大气及气候特征,火星地质特征、演化与比较行星学等。

我国还设想在未来十年内,利用机器人开展月球南北极探测。

首先要突破的是遥远的距离。火星距地球最近时也有大约5000万公里,而探测器抵达火星需要飞行几亿公里,对发射、轨道、控制、通信和电源等技术都有很高要求。记者了解到,我国将用目前国内推力最大的长征五号运载火箭发射火星探测器,将其直接送入地火转移轨道。

要实现上述目标,首先得到达火星,这一过程困难重重。

探月工程为探火任务奠定基础

杨宇光介绍,在月面大部分区域,昼夜各长达半个月时间,温差达300摄氏度,对探测器的能源、散热、保温等都是严峻挑战。但在月球两极有两种特殊区域:一是永久光照区,可以获得持续稳定的太阳能;二是永久阴影区,可能存在大量水冰。

由于距离遥远,测控通信也非易事。不过北京航天飞行控制中心副主任李剑曾表示,我国已具备上亿公里深空测控的能力,完全能支持火星探测。

首先要突破的是遥远的距离。火星距地球最近时也有大约5000万公里,而探测器抵达火星需要飞行几亿公里,对发射、轨道、控制、通信和电源等技术都有很高要求。记者了解到,我国将用目前国内推力最大的长征五号运载火箭发射火星探测器,将其直接送入地火转移轨道。

要实现上述目标,首先得到达火星,这一过程困难重重。

庞之浩认为,如果我国在全球率先用机器人对月球两极进行区域性详查,并能确定是否有水和其他资源,不仅能作为月球基地选址的重要参考,也有助于把月球作为跳板进行载人火星探测。因为水能用于航天员的生活,还能分解成氢和氧作为飞船燃料。他表示,开展月球背面和两极的探测有望获得一批重大原创性科研成果。

与飞行相比,探测器在火星下降着陆的难度更大,过去许多探测器都在这一阶段功亏一篑。庞之浩说,进入火星大气时,探测器能接收到的遥测信号十分微弱;当它运行到火星背面,在地球上无法准确获取其轨道参数;通信延时也会造成很大影响。因此火星着陆过程完全需要探测器自主完成,整个过程被称为“恐怖7分钟”。

由于距离遥远,测控通信也非易事。不过北京航天飞行控制中心副主任李剑曾表示,我国已具备上亿公里深空测控的能力,完全能支持火星探测。

首先要突破的是遥远的距离。火星距地球最近时也有大约5000万公里,而探测器抵达火星需要飞行几亿公里,对发射、轨道、控制、通信和电源等技术都有很高要求。记者了解到,我国将用目前国内推力最大的长征五号运载火箭发射火星探测器,将其直接送入地火转移轨道。

火星:未来人类的“第二家园”

中国航天科技集团公司八院院长代守仑介绍,火星大气密度仅为地球的百分之一,着陆器进入大气后,以每小时两万公里的速度“撞”向火星,需要通过气动外形、降落伞、反推发动机等多种措施逐级减速,才能安全着陆。

与飞行相比,探测器在火星下降着陆的难度更大,过去许多探测器都在这一阶段功亏一篑。庞之浩说,进入火星大气时,探测器能接收到的遥测信号十分微弱;当它运行到火星背面,在地球上无法准确获取其轨道参数;通信延时也会造成很大影响。因此火星着陆过程完全需要探测器自主完成,整个过程被称为“恐怖7分钟”。

由于距离遥远,测控通信也非易事。不过北京航天飞行控制中心副主任李剑曾表示,我国已具备上亿公里深空测控的能力,完全能支持火星探测。

除了月球,火星也是全球深空探测的重点目标。中国月球探测工程首席科学家欧阳自远曾多次表示,几百年后,火星或许会被改造为人类的“第二家园”。

全国政协委员、中国航天科技集团十一院研究员周伟江此前透露,我国火星探测器已完成气动外形设计,以及气动力、气动热设计工作,正在进行试验验证。此外,我国于2016年首次完成了缩比火星降落伞高空开伞试验,验证了降落伞的充气性能,获取了降落伞气动力数据。

中国航天科技集团公司八院院长代守仑介绍,火星大气密度仅为地球的百分之一,着陆器进入大气后,以每小时两万公里的速度“撞”向火星,需要通过气动外形、降落伞、反推发动机等多种措施逐级减速,才能安全着陆。

与飞行相比,探测器在火星下降着陆的难度更大,过去许多探测器都在这一阶段功亏一篑。庞之浩说,进入火星大气时,探测器能接收到的遥测信号十分微弱;当它运行到火星背面,在地球上无法准确获取其轨道参数;通信延时也会造成很大影响。因此火星着陆过程完全需要探测器自主完成,整个过程被称为“恐怖7分钟”。

2016年初,我国政府正式批复火星探测任务,计划于2020年择机发射火星探测卫星,一步实现“绕、落、巡”工程目标。

即使能成功降落,火星巡视器还要接受复杂、恶劣环境的考验。2018年,美国机遇号火星车遭遇沙尘暴而停止工作,于今年2月被宣布“阵亡”。

全国政协委员、中国航天科技集团十一院研究员周伟江此前透露,我国火星探测器已完成气动外形设计,以及气动力、气动热设计工作,正在进行试验验证。此外,我国于2016年首次完成了缩比火星降落伞高空开伞试验,验证了降落伞的充气性能,获取了降落伞气动力数据。

中国航天科技集团公司八院院长代守仑介绍,火星大气密度仅为地球的百分之一,着陆器进入大气后,以每小时两万公里的速度“撞”向火星,需要通过气动外形、降落伞、反推发动机等多种措施逐级减速,才能安全着陆。

庞之浩说,目前国外对火星的探测都是分别进行环绕、着陆、巡视,欧洲两度试图一次发射完成火星环绕探测和着陆探测,都在着陆过程中失败。如果我国能一次实现“绕、落、巡”,在世界火星探测史上将是首次。

应该说,在探测火星方面,我国还是“新生代”。不过,十多年来我国开展了五次探月活动,全部取得成功,对深空探测领域的轨道设计、探测器自主导航控制、深空测控通信等关键技术进行了验证,同时积累了丰富的经验。

即使能成功降落,火星巡视器还要接受复杂、恶劣环境的考验。2018年,美国机遇号火星车遭遇沙尘暴而停止工作,于今年2月被宣布“阵亡”。

全国政协委员、中国航天科技集团十一院研究员周伟江此前透露,我国火星探测器已完成气动外形设计,以及气动力、气动热设计工作,正在进行试验验证。此外,我国于2016年首次完成了缩比火星降落伞高空开伞试验,验证了降落伞的充气性能,获取了降落伞气动力数据。

相比月球,探测火星有许多新的难点,首要问题是距离。庞之浩表示,火星距离地球最近为5500万公里,最远4亿公里,探测器与地球的信息传输延时长达几十分钟,这要求火星探测器具有很高的自主能力;从火星发回地球的信号衰减也很厉害,相比从月球发回的信号要差100万倍,这对火星探测器的测控要求很高。

这次任务能否成功,我们还需拭目以待。如果成功,它将成为我国继探月之后深空探测任务的“敲门砖”。据国家航天局系统工程司副司长赵坚介绍,后续至2030年前后,我国还将实施小行星探测、火星取样、木星系探测及行星穿越等深空探测任务。

应该说,在探测火星方面,我国还是“新生代”。不过,十多年来我国开展了五次探月活动,全部取得成功,对深空探测领域的轨道设计、探测器自主导航控制、深空测控通信等关键技术进行了验证,同时积累了丰富的经验。

即使能成功降落,火星巡视器还要接受复杂、恶劣环境的考验。2018年,美国机遇号火星车遭遇沙尘暴而停止工作,于今年2月被宣布“阵亡”。

进入火星轨道并在火星表面着陆也是一大难点。“该过程被称为恐怖7分钟,国外很多火星探测器都倒在这一关。”庞之浩说。

这次任务能否成功,我们还需拭目以待。如果成功,它将成为我国继探月之后深空探测任务的“敲门砖”。据国家航天局系统工程司副司长赵坚介绍,后续至2030年前后,我国还将实施小行星探测、火星取样、木星系探测及行星穿越等深空探测任务。

应该说,在探测火星方面,我国还是“新生代”。不过,十多年来我国开展了五次探月活动,全部取得成功,对深空探测领域的轨道设计、探测器自主导航控制、深空测控通信等关键技术进行了验证,同时积累了丰富的经验。

杨宇光介绍,航天器在天体着陆有不同方式。比如地球大气稠密,飞船可以利用降落伞减速,但要做好热防护,抵御大气摩擦产生的高温。月球几乎没有大气,不涉及热防护,但需全程借助火箭反推减速降落。火星大气密度只有地球的1%,只靠降落伞不足以安全降落,要将火箭和降落伞结合;但探测器以第二宇宙速度进入火星大气时,气动加热也很厉害,仍需采取热防护措施。加上通讯延时、信号衰弱,在火星降落十分困难。

这次任务能否成功,我们还需拭目以待。如果成功,它将成为我国继探月之后深空探测任务的“敲门砖”。据国家航天局系统工程司副司长赵坚介绍,后续至2030年前后,我国还将实施小行星探测、火星取样、木星系探测及行星穿越等深空探测任务。

此外庞之浩表示,火星距离太阳远,光照强度小,加上火星大气对阳光的削减,火星车能源供给也比月球车更困难。他介绍,综合考虑地形复杂度、高程、光照条件、温度等因素,我国火星探测器着陆区初步选定在火星北纬5度至39度一带。

如果首次任务成功,我国将进一步实施火星表面采样返回任务,最终实现对火星从全球普查到局部详查、着陆就位分析、再到样品实验室分析的科学递进。庞之浩介绍,我国火星探测计划总体科学目标包括研究确定火星着陆和生命存在的条件与地区,火星土壤特性及其水冰、气体 与物质组成,火星大气及气候特征,火星地质特征、演化与比较行星学等。

杨宇光说,目前人类还没有实施过火星采样返回任务,其任务非常复杂。首先需要通过多次发射或借助重型火箭,才能把任务所需的轨道器、返回器、着陆器等载荷发送到火星。另外,探测器完成采样后要从火星表面起飞,对火箭要求很高。目前人类还没有飞行器从火星上起飞过。

木星系统:太阳系中的“小太阳系”

中科院紫金山天文台研究员季江徽近日透露,我国专家计划发射一颗小行星探测器,对三颗近地小行星进行飞越、伴飞,并落在小行星表面,进行原位采样分析。

庞之浩介绍,我国科学家已制定了“小行星探测”计划,即以伴飞、附着、取样返回等探测方式,对近地目标小行星进行整体性探测和局部区域的就位分析。其科学目标为:精确测定近地小行星轨道参数、自转参数和形状大小等物理参数,为规避小行星撞击地球提供科学依据;测量目标小行星的形状、大小、表面形态、自转状态等基本性质,绘制小行星的地形地貌图,建立其形状结构模型;获取小行星的矿物含量、元素种类、次表层物质成分、空间风化层、内部结构等,为太阳系起源与演化提供线索;探测小行星次表层以下的有机物、水等信息,深化生命起源的认识;获取小行星临近空间环境参数,研究太阳风对小行星表面的空间风化作用。

此外,我国还在酝酿对木星及木卫系统的探测。

杨宇光介绍,太阳系里除了太阳,其他天体的质量加起来也没有木星大,它对稳定太阳系的运行非常重要。木星拥有数十颗卫星,整个系统被天文学家称为“小太阳系”,其几大卫星都非常活跃,甚至有人认为木星卫星上可能存在生命。因此对木星及其卫星进行探测,对研究太阳系的演化很有意义。

庞之浩表示,木星距离地球比火星还远得多,所以其发射、轨道、通信、电源等许多技术非常复杂,成本也高。至今只有美国发射过2个专用木星探测器。他介绍,我国科学家从长远考虑,提出了“木星系统探测”计划建议,主要将研究木星磁层结构、“木卫二”大气模型、“木卫二”表面冰层形貌及厚度、金星—地球—木星间的太阳风结构,以及地球生命的地外生存状态及其演变特性等。

此外杨宇光表示,木星的引力巨大,从工程角度来说,能成为人类探索外太阳系的重要跳板。他说,先驱者10号、11号,旅行者1号、2号,卡西尼号,新视野号等,都是借助木星引力加速后飞向深空。有科学家预测,未来人类要开发外太阳系,可能要首先在木星的卫星上建立前哨基地。

(原载于《科技日报》 2017-03-08 09版)

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