觀點投書:天問一號將在火星環軌上歡度牛年春節

2021-01-28 06:10
2020年7月23日,中國「天問一號」火星探測器由「長征五號遙四運載火箭」搭載,從海南島「文昌航天發射場」發射升空。(資料照,AP)
2020年7月23日,中國「天問一號」火星探測器由「長征五號遙四運載火箭」搭載,從海南島「文昌航天發射場」發射升空。(資料照,AP)

天問一號的現況與其次一動作

天問一號(取名源自戰國時期愛國詩人屈原的長詩《天問》,全詩通篇充滿追問天地離分、陰陽變化、日月星辰等自然現象,呈現詩人的奇思妙想、思理活躍和多重思考,以及勇於創新的宇天精神古今映輝)火星探測器於2020年7月4日在海南文昌由長征五號發射升空,已運行超過半年,飛航里程逾4億公里,期間已進行3次軌道中途修正,和1次深空機動,只剩最後1000萬公里,將於2021年2月10日進入火星環軌引力捕獲的關鍵時間節點,當天是農曆臘月29日,隔天便是除夕,正是新春對中國人最大的賀禮。其時序如下:首先進行最後一次軌道修正,緊接著將是第1次近火(接近火星)制動,也就是剎車減速,探測器被火星引力捕獲延時不及11分鐘,將使其成為火星的環繞衛星,由於地火(地球與火星)通信的延時愈來愈長,同時需要探測器的軌控發動機準時點火,且點火的時間較長為15分鐘,故對動力系統的在軌自主管理與性能發揮要求甚嚴,因為發動機開機指令作為程控已經固化在程序中了,全依靠探測器自行判斷且自動執行開機。

完成第1次近火制動後,天問一號將進入捕獲軌道,在捕獲軌道進行遠火面機動改變軌道傾角,最終天問一號探測器組合體將在環火軌道運行一段時間,期間將啟動高分相機,對火面重點區域進行高清成像,並進一步遴選著陸區,為進入器實施火星著陸行動做準備,從環火軌道出發進行火星登陸,可以降低減速的困難度,同時著陸區遴選的海拔也比較低,可進一步延長滯空的時間,為各時序減速動作預留足夠的反應時間,由此可知天問一號看似一步登天,其實是穩紮的工程實力和科學研究的規劃,不能有一絲一毫的衝動與急促。

20210126-天問一號進入火星環軌。(作者提供)
天問一號進入火星環軌。(作者提供)

探測器從地球出發後,是以一個「弧線」的軌道追逐火星,在追逐的過程中,地火兩行星都圍繞著太陽公轉,因此探測器飛行的里程,一定比它與地球的距離遠很多,故地火間的距離呈周期性變化,從最遠4.01億公里至最近5600萬公里,約每隔2年兩球才處於登陸火星的最佳位置,因為可使用最少的火箭燃料,如果太空艙沒有受到太陽閃焰或其他物質破壞而抵達火星,但火星著陸是一項非常刁難的過程,太空艙會以每小時數萬公里的速度移動,故必須以特定的角度進入火星大氣層,角度過大會使太空艙自焚;太小則會被彈走,其大氣層較地球的稀薄100倍,太空艙必須靠其他方法降低速度,例如氣壓囊或反推進火箭剎車,才可能安全著陸,若錯過了平坦的著陸地點,則可能落在峭壁、撞擊坑、洞穴或崎嶇的岩石上,而使裝備或器材損壞甚至毀滅。 (相關報導: 再度推翻前朝政策!拜登廢除川普時代禁令 跨性別者未來可從軍 更多文章

天問一號的裝備和任務

探測器的重量達5噸,其中包括3.1噸的軌道環繞器、1.6噸的火星著陸器以及240公斤的火星巡視車,若成功將是人類向火星發射的重量最大、最複雜的探測器,美國曾在2011年發射火星科學實驗室飛船,總重量3.8噸,但其任務只負責降落和巡視2個目標,其中為了著陸899公斤的美國好奇號火星車,3.8噸的飛船就包含了2.4噸的著陸系統;其次是2016年歐盟空局和俄羅斯航天局合作的火星微量氣體任務衛星,總重量3.7噸,這顆衛星也只想完成飛-繞-落3個階段,因此搭載了1架著陸器,不具巡遊的功能,但登陸器與火星高速碰撞,以失敗告終。這次天問一號火星探測器重達5噸,必須滿足火星巡視車著陸裝置,其中重量3.1噸的軌道環繞器除了攜帶大量燃料承擔接近火星制動外,還能搭載眾多的探測器材,包含了2米分辨率高清攝相機、中子分辨率相機、火星磁力器、火星礦物光譜儀、次表層探測穿地雷達、火星離子/中子分析儀、能量粒子分析儀等,其功能如繪製火星全球遙感影像圖、對火星地質構造和地形地貌展開全局和重點區域精緻觀測、對火星水/冰分布進行普查與詳查、分析火星礦物組成與分布…,若能成功,則意味從一個窗口人類能夠探測的信息更加豐富,及中國深空探測設計的水平達世界一流。

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