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飞向火星

2019-04-08李和昌

科学大众(中学) 2019年2期
关键词:太空船美国国家航空航天局探测器

李和昌

美国“洞察号”飞船成功抵达它的新家——火星后,再度引起人们对于火星的关注。火星有着类似于地球的四季交替,在火星上的一天几乎与地球上的一样长,火星与地球的诸多相似点吸引人类不断发射探测器去了解火星〕探索火星,空间飞行与探索任务中的一项巨大挑战,超过半数的火星探索项目以失败告终,因此火星也被誉为“太阳系中的珠穆朗玛”。

人类征服火星历程

1975年

美国的“海盗1号”与“海盗2号”探测器发射升空,它们是人类首次成功登陆火星表面的火星探测器。

1996年

美国的火星“探路者号”探测器发射升空,其携带的“索杰纳号”火星车成为人类送往火星表面第一个漫游车。

2003年

美国实施火星探测漫游者计划,先后将“勇气号”和“机遇号”探测器送往火星并成功着陆,其工作时长远远超出3个月的设计寿命。

2007年

美国“凤凰号”探测器成功发射并在火星北极成功着陆。该探测器在着陆点附近挖到冰冻水,从而证实火星上水的存在。

2012年

美国“好奇号”探测器成功登录火星,其搭载了一个核动力驱动的漫游车,用于探寻火星上的生命元素。

2013年

印度首颗火星探测器“曼加里安号”发射升空,并于2014年成功进入火星轨道。

2016年

由俄罗斯航天局与欧洲航天局合作的“欧洲火星探测任务”成功发射。

2018年

5月5日4时05分,搭载“洞察号”火星探测器的宇宙神V-401型火箭从位于加州中部的范登堡空军基地3号发射台发射升空,执行人类首个探究火星“内心”的探测任务。

2020年

SpaceX公司至少发射2艘“红龙号”飞船飞向火星。如果这次试验成功,“红龙号”飞船将成为有史以来降落在火星表面最大的飞船。

到目前为止,国际上只有美国国家航空航天局、欧洲航天局、俄罗斯航天局与印度航天局这4家机构成功地将飞行器送入火星轨道。众多失败的探索计划中,最为人津津乐道、同样也是极具教育意义的尝试是1988年的火星气候探测器计划。由于未对英制与公制单位进行有效转换,该卫星很快与地球失去了通信,最终消失在浩渺的宇宙中。

这四家成功将飞行器送入火星轨道的航天机构中,只有美国国家航空航天局成功地将探测器降落在火星表面并建立起长达1分钟以上的地球通信。在这之前,1971年苏联的“火星3号”探测器也曾在火星表面安全着陆,但只回传了20秒的数据信息。

引人注目的“红龙号”

美国太空探索技术公司公布了其火星探测计划,预计2020年将公司的“红龙号”太空船送至火星。这无疑对火星探测,特别是寻找火星的生命迹象有着极大的推动。尽管火星探测面临层层困难,但凭借着SpaceX公司近年来积累的大量空间飞行经验,该计划被广泛认为前景光明。

埃隆·马斯克是SpaceX公司的创办者,“红龙号”计划只是他雄心勃勃规划中的第一步。马斯克最终的计划是将人类送至火星表面,并实现定居。美国国家航空航天局与SpaceX公司,已经开始对“红龙号”计划进行接洽。红龙号太空船是将生命探测设备送至火星,再将火星样品带回地球。科学家针对带回的样品进行细致分析,从而进一步认识这颗红色星球。无疑,“红龙号”太空船是实现这一计划的有效途径。

虽然“红龙号”计划的细节尚未完全公布,但是早在2011年,整个计划已经被提出,可见SpaceX公司为了实现火星探测已经努力了多年。未来几年,公司的工作重點也是为这个庞大的火星探测计划做准备。

据悉,执行火星运输任务的主力火箭是放大版的“猎鹰9号”火箭,其推力超过22680吨,相当于18架波音747飞机的推力。重复使用火箭是SpaceX的关键,该公司希望让人类成为“跨星球物种”,而每个“猎鹰9号”至少可以重复使用100次以上。SpaceX公司的猎鹰9型运载火箭在2010年首次发射,并自2012年起搭载“龙”货运太空船对国际空间站进行物资补给。SpaceX公司的火星探测计划将使用两者的威力加强版。新的猎鹰重型运载火箭将由3个“猎鹰9号”捆绑而成,其地球低轨道载荷达到53吨,能将人员或货物运送到月球、小行星甚至火星轨道,而新的“龙”太空船(即“红龙号”太空船)最终将实现宇航员在地球与国际空间站间的往返。

人类将于2025年抵达火星

实现探测器在火星表面安全降落远比从地球飞至火星轨道要困难得多。美国国家航空航天局通过减速降落伞等技术,在2012年成功地将900干克的“好奇号”探测器安全降落在火星表面。这是迄今为止人类在火星安全着陆的质量最大的物体,其降落过程被形容为“恐怖的7分钟”。

“红龙号”太空船的质量将是“好奇号”探测器的7倍多。 SpaceX公司预计将为“红龙号”太空船配备8台减速发动机,结合使用减速降落伞来实现下降过程的减速与姿态控制。研究人员将通过地面模拟实验对减速发动机性能进行大量测试,以获得最好的降落方案。

美国国家航空航天局是SpaceX公司的合作伙伴,拥有最为丰富的火星探测经验。无疑,它将为SpaceX公司提供大量的火星表面安全着陆方面的技术与经验。同时,还将为公司的这次空间航行提供深空通信与信息传输方面的保障与支持。

相较于以前的火星探测计划,“红龙号”太空船更像是一种技术能力的证明。作为一家私人公司,在不违反《外层空间条约》的前提下,SpaceX公司可以按照自己的意愿把任何物体运送至火星。据推测,“红龙号”太空船可能携带大量标准化的科学设备。SpaceX公司与美国艾姆斯研究中心,已经开始筹备后续火星飞行的科学探索计划。他们计划后续将通过“红龙号”太空船将“破冰生命”计划中的火星探测器送至火星的北极点附近。该探测器配备的钻头至少能够从火星表面1米深的地方取样,借助其携带的多种先进科学设备检测特定的生物分子,从而探寻火星生命可能存在的迹象。研究表明,“红龙号”太空船能够直接从火星返回地球,不需要在火星轨道交汇后接力飞行,这意味着“红龙号”太空船甚至能够将火星样品直接送回地球,从而为火星生命迹象提供最有力的证明。

鉴于火星探测任务的昂贵成本和历史重要性,探测任务必须确保万无一失。SpaceX公司与美国国家航空航天局在火星探测计划上的密切合作,标志着一个新的空间探索时代的开始。如今,当人类将眼光扩展至浩渺的宇宙时,空间竞赛已经不是目的,互相合作才是最负责任的态度与行动。

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