登陆火星不容易

来源 :小哥白尼·趣味科学画报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaofei3310
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  “地面指挥,我们好像有麻烦了!”
  ……
  “这里的地形和大气状况有些复杂,我们该怎样降落在这鬼地方?”
  ……
  “喂!地面指挥,快回话!怎么不回话……见鬼,我忘了这里是火星!”
  ……
  虽然人类正雄心勃勃地筹划着登陆火星,但登陆火星的确是一个很麻烦的问题。距离地球太远,无法实现即时通信——这仅仅算是个小麻烦;更让人头疼的是——它那“中不溜”的大气,让航天器选择登陆方式时很为难啊!
  “中不溜”火星大气
  所谓“中不溜”,指的是火星既不像月球那样没有大气层,也不像地球或者金星那样有着浓厚的大气层。地球大气的总质量约为5148万亿吨,而火星大气只有25万亿吨,且平均气压不到地球的百分之一。如此稀薄的大气——既不能当它不存在,也很难确定它对航天器降落时有多大的影响。因此,飞船登陆火星时到底该选用哪种降落方式,确实让人很头疼。
  为什么大气稀薄會增加飞船的降落难度呢?这得对比着来说。
  月球没有大气,航天器不因气体挤压而过热,所以无需给飞船增加厚重的隔热层,直接选用锡箔制的轻型船体,降落登陆时,用火箭向下喷射进行缓冲就可以了。这种方法可控性强,但很费燃料,比如当年阿波罗登月工程中的登月舱,整个船体自重只有3.9吨,但携带的燃料却有10多吨重,如果是去更远的星球,恐怕还得再多带些燃料才够。
  像地球或者金星这类有着厚厚大气的星球,航天器降落时会受到很强的阻力和高温影响,必须加装隔热层。但好处是航天器的速度会被大气削减很多,所以直接使用降落伞或者安全气囊就能使登陆舱安全着陆,无需火箭喷射缓冲,节省了燃料。
  火星的情况可比前面两种复杂多了。它的大气虽然稀薄,但仍会给飞船造成过热影响,必须安装隔热层。可稀薄的大气又无法帮助飞船有效减速,还得加上火箭喷射进行缓冲。然而更讨厌的是,火星明明比地球小,但这家伙的大气标高竟然比地球的还高,达11.1千米(地球大气标高约为8.5千米)!再加上距离遥远,飞船无法携带太多燃料,所以不可能降落全程都用火箭缓冲。这样不行,那样也不行,简直让航天专家们抓狂啊!
  不过,有难度才有挑战,人类的航天事业才不会被一个“中不溜”的火星大气所阻拦!通过一次又一次的探索和实验,航天专家们逐步摸清了登陆火星的“套路”。
  早期登陆火星的航天器为了尽可能保证登陆成功,几乎将当时所有的登陆技术都安装在了航天器上。比如苏联的“火星3号”探测器和美国的“海盗号”着陆器,它们就是将降落伞、减速火箭、防热盾和登陆保护艇等多种降落技术一起使用的。
  1997年到达火星的“火星探路者号”飞船,降落时除了必要的火箭减速,还尝试了用超声速降落伞和安全气囊来缓冲。安全气囊由维克特纶纤维制成,其强度比凯夫拉(防弹衣的主要材料)还高两倍,吸收冲击的效果非常好。随后,2003年的“勇气号”和“机遇号”火星车也是靠类似的气囊技术进行缓冲登陆的。
  2008年,成功登陆火星的“凤凰号”探测器则再次使用了降落伞加火箭助推的组合,由于降落地点在非常偏僻的火星北极地区,据说当时NASA估计的登陆成功率仅为50%,在“凤凰号”降落的7分钟里,所有人都不禁冷汗直流!
  2012年,NASA目前最先进同时也是个头最大的火星车——“好奇号”成功降落在火星上。这次降落用的既不是火箭助推,也不是安全气囊,而是一种全新的技术——天空起重机垂吊降落!虽然最终着陆点与预定位置还有2.4千米的误差,但已经相当不错了。
  人类预计将在2030年左右实现载人登陆火星,现在各大航天机构和太空企业都在抓紧每一次机会,摸索和练习登陆火星的技术,相信到时一定能克服那些困难,找到最好的登陆方法!
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