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北京時(shí)間 2020 年 7 月 20 日凌晨 5 點(diǎn) 58 分,阿聯(lián)酋首顆火星探測(cè)器“希望”號(hào)由日本運(yùn)載火箭發(fā)射升空,發(fā)射地點(diǎn)位于日本的種子島航天中心。
根據(jù)軌道設(shè)計(jì),該探測(cè)器要經(jīng)過大約 200 天的飛行,2021 年 2 月份才能抵達(dá)火星。其主要的科學(xué)目標(biāo)是研究火星氣候演變以及天氣狀況,例如沙塵暴等。希望號(hào)團(tuán)隊(duì)表示,這是第一顆真正的火星氣象衛(wèi)星。設(shè)計(jì)壽命為 2 年。
希望號(hào)探測(cè)器的組成和科研目標(biāo)
希望號(hào)探測(cè)器由阿聯(lián)酋和美國科羅拉多大學(xué)波德分校聯(lián)合研制,重 1.35 噸,大小與一輛轎車相仿。由兩個(gè)太陽能發(fā)電板供電,總功率 1.8 千瓦,這和家用電水壺的功率差不多。探測(cè)器搭載有直徑 1.5 米的高增益天線以及若干低增益天線。此外,探測(cè)器利用恒星跟蹤定位儀來進(jìn)行導(dǎo)航。
上面我們提到,探測(cè)器重 1.35 噸,其中接近一半的重量為燃料,燃料主要用于 6 臺(tái)推力為 120 牛頓的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行變軌使用。探測(cè)器的姿態(tài)調(diào)整采用的是動(dòng)量輪裝置,動(dòng)量輪的原理并不復(fù)雜,就是利用不受外力矩系統(tǒng)的角動(dòng)量守恒的原理,當(dāng)輪子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的時(shí)候,探測(cè)器就向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這種裝置可以不用消耗燃料進(jìn)行探測(cè)器的姿態(tài)調(diào)整,是一種在太空中普遍使用方法。希望號(hào)探測(cè)器搭載有三種主要的儀器,他們分別是:
1、探索成像儀(EXI):這是一種多波段相機(jī),能夠拍攝高分辨率圖像,可以對(duì)火星大氣中的水蒸氣、冰晶、沙塵、氣溶膠以及臭氧進(jìn)行測(cè)量。
2、紅外光譜儀(EMIRS):用于測(cè)量火星大氣中的水蒸氣、冰晶和沙塵的溫度。
3、紫外光譜儀(EMUS):用于測(cè)量火星的全球特征和火星大氣熱層的變化,為了解開氫和氧的丟失問題。
日本提供運(yùn)載火箭
H-IIA 運(yùn)載火箭直徑 4 米,高度 53 米,屬于捆綁式兩級(jí)火箭。火箭芯級(jí)采用氫氧發(fā)動(dòng)機(jī),外加 2 或 4 枚固體火箭助推器(根據(jù)執(zhí)行任務(wù)不同進(jìn)行調(diào)整)。近地軌道的運(yùn)載能力為 10 到 15 噸,地球同步轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力為 4 到 6 噸。
H-IIA 火箭的運(yùn)載能力與我國的長征三號(hào)乙火箭相當(dāng)。長三乙是我國主力運(yùn)載火箭,發(fā)射載荷主要為地球靜止軌道通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星和月球著陸探測(cè)器等。
美國提供深空測(cè)控網(wǎng)
火星探測(cè)器離開地球,在飛往火星的過程中需要精確測(cè)控。由于探測(cè)器的距離很遠(yuǎn),發(fā)出的信號(hào)隨著距離的增加而衰減,這就需要有強(qiáng)大的深空測(cè)控能力。阿聯(lián)酋目前尚不具備這種能力,因此需要美國幫助測(cè)控和信號(hào)回傳。
美國深空網(wǎng)(DSN)是由美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理的一個(gè)先進(jìn)的測(cè)控網(wǎng),是為了對(duì)執(zhí)行月球、行星和行星際探測(cè)任務(wù)的航天器進(jìn)行跟蹤、導(dǎo)航與通信而建立的地基全球分布測(cè)控網(wǎng)。
為了克服地球自轉(zhuǎn)影響,實(shí)現(xiàn)對(duì)深空航天器的連續(xù)跟蹤,深空網(wǎng)的布局通常是在全球范圍內(nèi)經(jīng)度上間隔 120 度布站,這樣就可以確保對(duì)距離地球表面距離在 3 萬千米以上的航天器進(jìn)行連續(xù)跟蹤。
美國 NASA 深空網(wǎng)由在全球按經(jīng)度間隔 120°分布的三個(gè)深空通信綜合設(shè)施組成,分別位于美國加州的戈?duì)柕滤雇ā⑽靼嘌赖鸟R德里和澳大利亞的堪培拉,深空網(wǎng)的操作控制中心位于美國加州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)。NASA 深空網(wǎng)是目前世界上規(guī)模最大、能力最強(qiáng)的深空測(cè)控系統(tǒng)。
除了美國深空網(wǎng),歐空局也有自己的深空網(wǎng)。近年來,我國為了深空探測(cè)的需要,也建立了自己的深空網(wǎng),嫦娥探月計(jì)劃的成功實(shí)施,深空測(cè)控網(wǎng)功不可沒。根據(jù)官方報(bào)道,我國將于 7 月 20 日至 7 月 25 日擇機(jī)發(fā)射“天問一號(hào)”火星探測(cè)器,這得益于我們除了擁有推力強(qiáng)勁的長征五號(hào)運(yùn)載火箭之外,還擁有獨(dú)立的深空網(wǎng)。
大家比較熟悉的,有西安衛(wèi)星測(cè)控中心的喀什測(cè)控站、以及佳木斯深空站等。其中,佳木斯深空站,位于中國黑龍江省佳木斯市,2013 年建成。
阿聯(lián)酋為什么要探測(cè)火星?
上面介紹了那么多細(xì)節(jié),你可能要問,阿聯(lián)酋為什么要探測(cè)火星?
太空的深邃浩渺本身就吸引著地球上的每一個(gè)人,星辰大海也是每一個(gè)民族的夢(mèng)想。當(dāng)具備經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件,都會(huì)嘗試去探索。雖然阿聯(lián)酋在技術(shù)實(shí)力上尚不具備獨(dú)立探索火星的能力,但是他們可以通過與其他國家合作來完成這個(gè)夢(mèng)想。
根據(jù)官方說法,阿聯(lián)酋希望通過這次的火星探測(cè)來激發(fā)年輕人仰望星空,探索宇宙的希望之心。此前,阿聯(lián)酋曾提出過“2117 火星定居計(jì)劃”,本次發(fā)射也彰顯了這個(gè)決心。該火星探測(cè)器將于明年(2021 年)抵達(dá)火星,正好是阿聯(lián)酋成立 50 周年。
為什么 2020 年三個(gè)國家扎堆去火星?
你如果關(guān)注太空,會(huì)知道今年有三個(gè)國家向火星發(fā)射探測(cè)器:我國的“天問一號(hào)”探測(cè)器、美國的“毅力”號(hào)火星車和本次阿聯(lián)酋的“希望”號(hào)探測(cè)器。其中,天問一號(hào)將于 7 月下旬到 8 月上旬擇機(jī)發(fā)射,“毅力”號(hào)將于 7 月 30 日到 8 月 15 日之間發(fā)射。
如果錯(cuò)過了 8 月 15 日這個(gè)最后的窗口日期,那么要繼續(xù)等兩年。這是為什么呢?
簡(jiǎn)單來講,這是因?yàn)榈厍蚝突鹦沁\(yùn)行在不同高度的軌道上,火星的公轉(zhuǎn)周期接近地球公轉(zhuǎn)周期的兩倍。從地球向火星發(fā)射探測(cè)器就要等到這兩顆行星處于一定的相對(duì)位置時(shí)再發(fā)射,最節(jié)約燃料。具體來講,在軌道上,當(dāng)火星超前地球 44 度左右時(shí)是最佳發(fā)射時(shí)機(jī)。這時(shí)候的飛行軌道就是所謂的“霍曼軌道”。這種時(shí)機(jī),兩年多才有一次,因此,錯(cuò)過今年的發(fā)射窗口,就要再等兩年多。
人類為什么熱衷于探索火星?
火星是太陽系內(nèi)與地球環(huán)境最接近的行星,有一定厚度大氣層,有堅(jiān)固的地表,還封存有大量冷凍狀態(tài)的水。因此,在未來,火星是存在移民可能性的行星。
另外,火星還可能存在像微生物這種低等形式的生命,這也是世界各國熱衷探索火星的重要原因。
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