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在9月3日开幕的深空探测(天都)国际会议上,传来了天问三号任务新的进展,现在天问三号任务已转入初样研制阶段,各项技术攻关和科学准备都在同步推进中。
按照计划,我国将会在2028年前后实施天问三号任务,发射探测器去火星进行采样,预计在2031年前后,探测器就会带着火星的样品返回地球。这个火星探测任务的首要科学目标是“探寻火星潜在生命痕迹”。
如果这一个任务顺利进行的话,我国将会成为人类历史上首个火星取样返回任务。因为美国的火星取样任务已经被取消了,此前只有中国、美国有火星取样返回地球的任务,而在美国火星取样返回地球任务被取消的情况下,我国将会成为世界上第一个实现火星取样回地球的国家,要在这方面对美国实现超越了。
如果真的超越美国,率先实现火星取样返回地球任务,这可能是很多人都意想不到的事情,也是NASA最不想看到的事情。
因为在过去几十年时间内,美国的航天科技可以说是领先世界的,特别是在探索火星方面,美国在几十年前就已经实现了环绕火星、登陆火星、巡视火星,当前美国的好奇号火星车、毅力号火星车都还在火星上行驶。
在探索火星方面,美国的经验比我们丰富很多,我国到现在也只实施了天问一号火星任务,实现了环绕火星、着陆火星、巡视火星三大任务。在之前,很多人都会以为美国的火星取样返回地球任务可能会比我们更重,然而,曾经被全球寄予厚望的美国火星取样回地球的任务却被取消了。
如果美国的火星取样计划只是处于PPT中的话,现在取消倒也没什么,但实际的情况不是这样的,美国的火星取样计划其实已经进行了一部分了。
因为美国当前正在火星上运行的毅力号火星车已经在火星上收集到了几十份火星样品了,并且使用特制的试管将这些火星样品封存起来了,就等后续的火星探测器去把这些装着火星样品的试管带回地球就行。然而,毅力号火星车已经在火星表面辛辛苦苦采集了几十管岩石样本,现在NASA却取消了火星取样任务了,不安排探测器去火星把这些样本带回地球。
火星取样回地球到底有多难?
美国的毅力号火星车都已经准备好火星样品了,只需要安排新的探测器去把这些试管带回地球就行了,然而在这样的情况下美国却取消了火星取样任务。
这并不是说美国不想去火星取样回地球,实际上是做不到。因为美国也想成为世界上第一个实现火星取样回地球的国家,他们肯定是不希望在这方面被我们中国超越的。
如果条件允许的情况下,美国是不可能取消火星取样返回地球的,甚至还争取要赶在我们中国之前完成火星取样返回地球的任务。但实际上美国并没有这样做,是因为做不到这一点。
美国的火星取样返回地球的任务已经在进行中,却突然被取消,宁愿被中国超越也不去火星取样回地球,其实也说明火星取样回地球的难度是超乎想象的。
可能有一些网友表示,我国之前都已经实现了嫦娥五号、嫦娥六号月球取样回地球的任务了,为什么还是觉得火星取样回地球很难呢?
和月球取样回地球相比,火星取样回地球的任务难度更大,完全就不是一个等级的。
第一个难度就是距离的差异。地球和月球的平均距离只有38万公里而已,地球和月球之间的通讯延迟也就是1秒多时间,这个其实是可以忽略的。
而火星和地球的距离最远可以达到4亿公里,最近也达到5500万公里,最远距离的情况下通讯延迟达到20多分钟,所以我们完全没有办法实时掌握探测器的飞行情况。
也是由于火星和地球的距离太远了,所以探测器从地球出发需要飞行大半年时间才能到达火星,而探测器去月球最快的情况下都不需要一周。
距离太远也带来了通讯的困难。因为我们现在使用的是无线电信号进行通讯的,而无线电信号的强度会随着距离的变大而变弱,从地球发出的信号到达火星时强度已经极为微弱,探测器很难接收到。
第二个问题就是火星的环境和月球的环境不一样。一方面是火星有一个稀薄的大气层,月球没有大气层。所以探测器在登陆月球的过程中不需要经过降落伞减速,也不会因为气动加热效应而出现剧烈燃烧的现象,只需要使用反推发动机控制好下降速度就能安全着陆。
而火星有一个稀薄的大气层,所以探测器在登陆火星的过程中就不能忽视空气带来的问题,需要进行降落伞的减速,还需要经受超过1000℃高温的灼烧,在完成伞降后,探测器还需要启动发动机进行反推着陆。
这个过程是非常困难的,我们人类历史上很多探测器都可以到达火星轨道环绕火星飞行,但是在登陆火星的过程中却因为这些问题而坠毁到火星上。
另一方面是火星的引力比月球大得多,从火星表面起飞的难度比从月球表面起飞的难度大得多。
从月球表面起飞时,由于没有空气阻力,再加上月球的逃逸速度只有1.68公里每秒,所以探测器只需要启动发动机稍微加大推力就能从月球表面起飞了。月球的第二宇宙速度也只有2.36公里每秒而已,探测器只需要稍微加大推力就能摆脱月球的引力返回地球。
而火星的第一宇宙速度达到3.53公里每秒,再加上火星有一个稀薄的空气,所以探测器需要更大的推力才能从火星表面起飞。从火星表面起飞以后,探测器还需要继续加速到5.03公里每秒,才能摆脱火星的引力返回地球。
从这一个角度来看,从火星表面起飞所需的推力要大很多,对探测器发动机的推力、可靠性各方面都有更高的要求。
而且从火星表面起飞以后,探测器并不是直接从火星表面返回地球的,而是需要在火星轨道进行交会对接,转交火星样本后,探测器再带着火星样品返回地球。
这可是在4亿公里外进行交会对接,在浩瀚宇宙中,这两个探测器需要精准找到对方,还需要控制好飞行速度、飞行方向、飞行高度,才能精准完成交会对接。难度之大超乎想象。
我们人类在历史上已经实现了很多次月球取样回地球的任务,当年美国阿波罗载人登月期间有登月飞船从月球返回地球,当年苏联的月球系列探测器也成功从月球表面带回样品,有成功的案例作为参考,而在火星取样返回地球的任务中,我们完全没有可以借鉴的案例。