火星,在很多科幻電影裏,壹直是壹種神奇的存在,那裏有長相怪異的外星人,有神秘的科研基地,甚至還有蘊含著某種特異能量的發光寶石。這些,無不表達著人類在現實生活中渴望了解火星、走近火星的強烈求知欲。
“眾所周知,太陽系有八大行星,按照離太陽的距離從近到遠,它們依次為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。雖然火星在以上排序中緊挨著地球,但事實上,火星距離地球的距離,卻很遠很遠。”劉站國講到,火星距離地球的距離並不是固定的數據,他們都圍繞太陽公轉,而由於兩者公轉周期的不同,其直線距離會壹直變化。 據有關數據顯示,火星和地球最近的時候,相距5600萬公裏,而最遠的時候則超過4億公裏。 地火距離越遠,不僅對搭載探測器的火箭速度、探測器入軌技術、信息傳輸能力等有很高的要求,也會耗費難以預計的人力物力。這為人類探測火星的征程,布設下了重重關卡。
既然如上所述,地火距離壹直變化,那麽,選擇在什麽時間探火,就很有講究了。劉站國表示, 探火每兩年有壹次窗口期, 所以每隔兩年,全球都會迎來壹次火星探測的小高潮。 每26個月火星距離地球最近的機會,就是發射火星探測器的最佳時間窗口。據科學家精確計算,2020年裏,有壹個月左右的時間是探火的最佳窗口期。 這壹時期內,探測器將沿著“地火主幹道”地火霍曼轉移軌道到達火星,最節省燃料,並縮短抵達的時間。
飛往火星並非像奔月那麽“簡單”,月球離地球才38萬公裏,而奔向火星,就真的是難於登天了。“天問壹號”探測器的航行時間為7個多月,飛行距離約為4億公裏。這個距離,約是地月距離的1萬余倍,就相當於約830萬個全馬賽程。
這麽遠的距離要如何到達?劉站國解釋到,首先,搭載探測器的火箭必須達到第二宇宙速度11.2 Km/s,才能讓探測器脫離地球引力,且不奔向其他天體。長征五號運載火箭的出現,就滿足了這個條件。
當然,長征五號運載火箭的研制並不是壹蹴而就的,承擔著火箭動力研制的航天 科技 集團六院歷經了二十多年的時間,幾代航天人克服了很多困難與挫折,才研制成功新壹代綠色無汙染的液氧煤油發動機和氫氧發動機。在這過程中,六院為長征五號研制的空間推進系統也不斷升級完善,變推力發動機更是經歷了嫦娥落月、月背軟著陸等多次任務考驗,無論是產品質量還是可靠性,都變得日臻成熟。
這麽遠的距離,怎麽能保證地面與探測器的信號傳輸呢?劉站國表示,信號強度與距離的平方成反比,距離越遠信號越弱。所以在啟動探火征程之前,中國率先開展了探月工程,通過這個任務建立更加完善的深空探測能力。針對超遠距離的測控,中國已經建成深空測控站,並在嫦娥二號拓展任務中實現了超過1億公裏的測控。
在本次探火任務中,地火距離帶來的信號延遲高達20分鐘,也就是說,地火對話,壹個來回,將花費40分鐘的時間。探測器進入火星軌道和著陸的那段關鍵時間,只能依靠研究人員提前輸入的數據,由探測器進行自主判斷。
在這段時間裏,可能會發生很多意想不到的情況,推進分系統該如何提前防範這些問題呢?航天 科技 集團六院的推進分系統研制團隊,為探測器推進分系統制定了多種故障預案和自主管理方案,讓探測器自己判斷突發情況自己采取行動化解。