中国行星探测任务“天问一号“成功发射升空,将历经7个月的航行,抵达火星。这将是中国迈出行星探测的重要一步。

火星,这是一颗距离地球最近在1亿公里以内,最远达4亿公里的暗红色星球,古代西方以古罗马神话中的战神马尔斯(Mars)为其命名,古代中国人则称之为“荧惑”。它是离地球最近的行星,我们一直对这个神秘的红色星球充满兴趣,我们猜想过火星上是否存在生命,甚至计划过火星移民。在过去,全球发射过45个航天器,想要研究火星表面、地质和气候,包括轨道卫星、登陆器和漫游车,但只有18个成功,大约有三分之二的任务在完成前,或刚要开始时,就因为坠毁,或者失去联系而失败。

1964年发射的水手4号,成为人类第一个飞掠火星并传回火星照片的探测器,它在距离火星1万公里的地方拍摄到21幅照片,这些传回来的照片,充满了陨石坑,完全就像一个死寂的世界,粉碎了人们对火星文明的幻想,认为火星只是像月球一样是个布满陨石坑的死星球。但随着后面航天器的探索,火星的独特性、液态水,和可能存在过的生命,又重新引起了人们的兴趣。

为什么成功实现火星登陆如此困难?我们怎么将一个昂贵的、几吨重的金属块,运送数亿公里,又让它轻轻地停在另一个星球的表面上?

在火星之前,我们人类登陆过的唯一一个星球就是月球。航天器一发射,我们首先要解决的问题就是,地球的大气层。穿越大气层会产生极大的摩擦,进而使得航天器升温,但是现在已经可以通过隔热罩解决这个问题了。而且,厚厚的大气层可以让降落工作减少不少困难。但月球没有大气层,虽然没有了热量问题,但同时也意味着降落伞不能工作,我们必须使用复古火箭着陆,在航天器下方发射小火箭,来降低航天器的下降速度。

月球没有大气层,但火星有。而且进入火星大气层的太空探测器的温度可能会超过2000℃,这个温度可以融化铁,甚至是其他的一些金属。因此,送去火星的航天器需要严格的保护,以防被高温熔化。科学家们给航天器都安装了一种叫做“气壳”的特殊太空舱,它的外层充满了烧蚀材料,它能与火星大气发生反应,带走热量,一旦与火星大气接触,烧蚀就会变得很热,发出红色的光,但是在太空舱内,温度要比平常的室温还要低一点。

火星的大气比地球薄100倍,这意味着航天器着陆需要用到的降落伞效能降低,而且要低上10倍,假如你可以在火星上跳伞,使用和地球上跳伞相同的设备,在地球上,跳伞者的溜槽会使他们逐渐减速,最后安全降落。但在火星上,即使有降落伞,你仍然会以比地球上快10倍的速度飞速下降,或者我们可以把降落伞变大一点来放慢速度?

NASA就是这样做的。我们来看2012年成功着陆在火星赤道一带的盖尔撞击坑中的好奇号火星车,它是当时人类最昂贵、最先进、也是最重的火星车。在好奇号漫游车上,他们使用了超音速降落伞,但即使这样,也无法完全降低好奇心号的速度,好奇号的重量比一个普通人要重上约13倍,这意味着以相同的速度减速,它需要更大的降落伞,但好奇号的降落伞最大直径是45米,因此科学家们在好奇号上设计了一种名叫“空中吊车”的解决方案,利用安装在好奇号上的超音速反冲火箭,在好奇号下降到一定高度时,对着前进方向点火反推,以此来降低下降速度,保证探测器的安全。自此,反冲火箭、超音速降落伞和空中吊车成为火星着陆三大法宝。

有了众多探测器传回的数据,如今,我们对火星的认识早已不像从前那样,只能纸上谈兵,从火星的运动、地形地貌、火星环境,从火星的历史、演化、到现在的状态,在过去的六十年里,人类对火星的了解,早已超越数千年来人类对火星认识的全部。

当然,我们对火星的探索并没有结束,新的火星赛季再次开启,中国的天问一号、美国的毅力号和机智号、阿联酋的希望号都指向火星。

火星曾经有过生命吗?火星现在还存在生命吗?这是之前很多探测器登陆火星希望得到的答案,新的火星赛季,又提出了众多问题:人类何时能采集到火星的样品并送回地面研究?我们何时能在火星建立火星基地?

这些问题,期待有一天能够等来答案。


参考资料