火星探测器能安全着陆吗? |
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http://www.sina.com.cn 2003年12月22日16:30 北京晚报 |
12月25日是欧空局发射的“火星快车”将到达火星,明年1月3日和24日,美国发射的两颗“火星漫游者”也将到达火星。随着3颗火星探测器临近火星,火星探测又将成为人们关注的热点。但目前的问题是,这3颗探测器是否都能成功地进入火星轨道?两颗“火星漫游者”和“火星快车”的着陆器“猎兔犬”能否顺利在火星着陆并开展探测活动? 1960年10月,前苏联就开始进行火星探测,到目前为止,已经发射了31颗探测器(不包括上述3颗),但完全成功的只有10颗。在失败的21颗中,有7颗是由于发射失败,其他都是在接近火星时出现各种问题。因此,人们有理由担心这3颗探测器的命运。 火星探测器需经受考验 火星探测器要经历发射、行星际飞行、火星轨道切入、进入大气层、软着陆并进行探测等阶段。发射过程是所有航天器都要经历的,成功与否主要取决于运载火箭的可靠性。行星际飞行是一个漫长的阶段,到达火星至少需半年以上的时间。在这个阶段,要对探测器的姿态、运动方向和速度进行多次调整,以便准确地到达目标,这些操作过程称为“轨道机动”。“轨道机动”是通过分布在地球表面的“深空通信网(DSN)”实现的。DSN由三个在全球彼此相隔120度的地面通信站组成,通信站的接收天线直径达70米。探测器在行星际飞行过程中出现问题的概率比较小。出现问题比较多的是在最后3个阶段,即火星轨道切入、进入大气层和实现软着陆。 在探测器完成行星际飞行任务后,就要切入火星的轨道,也就是在火星引力的作用下,使探测器成为火星的卫星。在切入火星轨道过程中,技术难点是选择适当的切入高度。如果探测器离火星过远,则探测器不能被火星的引力捕获,只能掠过火星;如果切入点离火星太近,则可能坠毁于火星大气层。 在探测器切入火星轨道后,一般是利用火星大气的阻力作用,使探测器轨道的远地点逐渐缩小,然后在适当的高度进入大气层,到达火星表面。这个过程类似于地球的返回式卫星,但技术难度更大。大家知道,为了使返回式卫星或载人飞船顺利返回,除了在地面多处设立跟踪站之外,还要派出远洋测量船,以便时时、准确地确定再入航天器的轨道参数。在探测器进入火星大气时,条件就不同了,一是探测器离地球很远,遥测和遥控信号比较微弱,另外,当探测器运动到火星背面时,地球上无法准确地确定其轨道参数,这就给再入高度的选择带来困难。当火星奥德塞飞船准备切入火星轨道,特别是在奥德塞飞到火星背面时,有一名美国科学家曾这样形容当时的心情,好像丈夫在产房外等待妻子分娩一样。当奥德塞从火星的背面飞出,被地面的跟踪设施捕获后,他长长地呼出了一口气,仿佛听见了刚诞生婴儿的啼哭声。“火星漫游者”进入火星大气的方法与火星探路者采用的方法类似,既先利用降落伞减速,在与表面撞击前,反冲火箭点火,使着陆器减速。当“火星漫游者”切入火星轨道时,速度为每小时1930公里。在进入火星大气层的前4分钟,利用火星大气的阻力减速。4分钟后,速度降为每小时1600公里,到火星表面大约是地球上民航客机飞行的高度。此时打开降落伞,在不到100秒的时间内将探测器速度降到每小时321公里。此时离火星表面只有91米,这时反冲火箭点火,在6秒时间内将探测器的速度降低到零,此时距离火星表面为四层楼的高度,然后自由下落,以每秒13米的速度撞击火星表面。着陆器由气囊包裹,在撞击到火星表面后,气囊在火星表面弹跳,直到停止下来。然后打开气囊,漫游者从气囊中爬出。如果气囊遇到较大的岩石或较大的陨石坑,虽然气囊会停下来,但漫游者很难从气囊中爬出,也会导致失败。如果一切顺利,漫游者从气囊中爬出,但所有仪器能否正常开展探测活动,还将受到考验。火星探测器典型事故 1962年11月1日,前苏联发射了“火星1号”探测器,在1963年6月19日飞越火星,但不久就失去了无线电联系。 1964年11月5日,美国发射了“水手3号”火星探测器,目的是飞越火星,但由于太阳能帆板没有打开,飞越火星失败。 1964年11月30日,前苏联发射了Zond2探测器,虽然飞越了火星,但由于通信失败,没有返回有用数据。 1971年5月19日,前苏联发射了“火星2号”探测器。在1971年11月27日,着陆器从轨道器中释放出来,但由于制动火箭失灵,使软着陆失败。1971年5月28日,前苏联发射了“火星3号”探测器,并于1971年12月2日到达火星。着陆器被释放,并成功着陆火星,但在向轨道器发射20秒的图像数据后失效。1973年7月21日,前苏联发射了“火星4号”探测器,并于1974年2月在距离火星表面2200公里处飞越火星。由于制动发动机失效而没有切入火星轨道。 1973年8月5日,前苏联发射了“火星6号”探测器,在1974年3月12日进入火星轨道,并释放出着陆器。着陆器返回了进入大气层时的一些数据,但在下降过程中失效。 1973年8月9日,前苏联发射了“火星7号”探测器,包括轨道器和软着陆器。在1974年3月6日,没能切入火星轨道。 1988年7月7日,前苏联发射了火星轨道器“火卫1号”,目的是研究火星的卫星。在1988年9月2日失去通信联系。1988年7月12日,前苏联发射了火星轨道器“火卫2号”,在1989年1月30日到达火星并切入火星轨道。轨道器在火卫上空800公里内移动,后来失效。着陆器也没有到达火卫。1992年9月25日,美国发射了“火星观测者”轨道器,在1993年8月21日,即切入火星轨道之前失去通信联系。 1998年7月3日,日本发射了“希望号”火星轨道器,但自发射升空以来故障不断。按计划,“希望号”应于2003年12月14日到达离火星表面894公里上空,然后进入环火星轨道,由于电路系统的故障还没能修复,入轨几乎无望。 1998年12月11日,美国发射了“火星气候轨道器”,用于研究火星天气、气候以及水和二氧化碳。“火星气候轨道器”本应在80至90公里高度进入大气层,但在轨道切入操作中,由于导航误差,实际上在57公里进入大气层,导致“火星气候轨道器”在大气层中被烧毁。 火星极区着陆器是1999年1月3日发射的,它与“火星气候轨道器”是伙伴。目的探测火星的南极。在1999年12月3日进入大气层时失去通信联系,原因不明。 |