【材制·视角】天问一号——揭开火星的神秘面纱

初原载于 爱学习的 青春材制

2020-04-30

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       说起天问一号，大家还记得她是谁嘛。日前，天问一号任务的火星车终于有了她的名字——祝融号。坦诚讲，遥远的地火距离，让我们不免会忘记，太空中还有一位奔赴火星的“靓仔”。有网友戏言：我们的嫦娥都把月壤带回来了，这位靓仔还在去火星的路上。

　　今天，我们就来说说天问一号，说说火星。

　　自古以来，火星——这颗枯红色的行星就引发了人类诸多的幻想，在古希腊，火星与战神阿瑞斯同名。荷马在《伊利亚特》中借阿波罗之口说：“阿瑞斯！阿瑞斯！可恶的毁灭者，人类的屠夫！”在中国，火星被称作荧惑。杜甫在《魏将军歌》中写道：“星躔(chán)宝校金盘陀，夜骑天驷超天河。欃(chán)枪荧惑不敢动，翠蕤(ruí)云旓(shāo)相荡摩。”更有一些人，相信火星和地球一样也是有生命存在的，在电影《世界之战》中，火星人的大举入侵地球，给人类带来灾难。

       最近几十年航天技术的发展使得人类探索火星不再成为梦想。从1964年美国“水手4号”火星探测器发射成功到今天，人类近距离观测火星有了五十多年的历史。去年，我国自主研发的“天问一号”由长征五号遥四运载火箭发射成功，今年二月份，“天问一号”探测器成功进入火星轨道。和同期阿联酋发射的“希望号”火星探测器不同，“天问一号”不仅要环绕火星，更要降落在火星表层上，进行深一步的研究，对中国航天而言，这是一个里程碑式的进步。

　　那么“天问一号”怎样执行的详细的任务呢？大体来说可以分为两部分：“靠近火星”、“降落火星”。在第一个任务中，“天问一号”要先到达火星周围，被火星捕获，进入近火轨道中绕火星运动，然后借助高分辨率相机等设备，给火星拍个“全身照”，并同时分析一下在发射之前首选的预定着陆区的具体情况，把火星车“扔”到火星表面的流程。

       其中，天问一号探测器在经过长途飞行后，如何及时制动并最终被火星捕获，是第一个任务中风险最高、难度最大的环节之一，直接关系到探测任务的成败。航天科技集团五院天问一号着陆巡视器总体主任设计师董捷说：“它是一次性不可逆的过程，如果发动机没有点火，或者说点火的姿态有问题就飞出去了，可以认为这个任务失败了。”

　　在此过程中，探测器能够被火星引力捕获的机会仅有一次。要想实现完美捕获，天问一号不仅要靠地面的指令，更要在关键时刻依靠自己的“智慧”进行决断。

　　为了把控发动机的开关时机，环绕器在近火捕获前需要由地面对其进行精确的无线电测定轨。除了无线电通信导航外，天问一号还首次利用光学导航敏感器作为备份导航工具，通过探测器上的一双“眼睛”实时观测环绕器和火星的精确位置。地面团队可借此更直观地确认飞行轨道和姿态，计算图像中火星的几何中心和视半径。天问一号可以通过最优估计算法自主获取实时位置和速度信息，依靠可靠的捕获策略，确保进入环火轨道。这就是天问一号自己的“智慧”。

　　“降落火星”是科研人员要完成的第二个任务以及难点，在绕火星科学考察飞行长达两三个月的时间，天问一号才能择机进行着陆。这将是其成功与否的又一个关键时刻，整个过程惊心动魄，包括进入大气层，经历7分钟烧烤黑障时期，然后打开降落伞，飘然而下，快到地面时适时开启反推发动机，让着陆器安全着陆。以上整个着陆过程地球控制中心完全无法把控，完全靠着陆器自主识别着陆点，自己规划整个过程，这是对天问一号AI系统的一次检验。

　　顺利着陆后，天问一号将释放出火星车“祝融号”，开始对火星进行考察。那么它具体在考察些什么呢？

　　在火星车抵达火星表面后，其接下来的使命便是进行对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等科学探测。就在近日，天问一号为我们带来了3幅"火星图"：2幅黑白和1幅彩色图像。

       拍摄的画面为火星北极的一片区域。目前，我们希望“天问一号”火星探测器能够顺利地降落到火星表面，并且成功地进行下一步任务。

　　火星车在火星上如何工作的?

　　火星车竖立在前端的桅杆顶端的方形设备就像机器人的脑袋，其中包含火星车的“眼睛”，上面有帮助火星车避开障碍来实施前行实时探测的全景相机，还有识别矿物质成分的多光谱相机。在火星车上，还装有4个“大翅膀”，这正是太阳能电池板。除此之外，火星车还配有探测雷达、磁场探测仪和气象测量仪，可以对火星进行全方位的探测。

       随着时间的一步一步推近，天问一号择机降落火星表面的日期越来越近。我们的天问一号即将迎来她的下一个难题。

　　欲知后事如何，且听下回分解。

参考文献：百度百科、新华网

撰  稿 人：    科技协会科创部           许志宇    朱宇翔   窦 筝   马浩然

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