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1、火星临迁移宫
火星临迁移宫
图片来源:nature.com
天问一号火星探测器拍摄的首幅火星图像 新华社发
2月5日,国家航天局发布了天问一号火星探测器拍摄的首幅火星图像。图中火星阿茜达利亚平yuán、克律塞平原、子午高原、斯基亚帕雷利坑以及最长的峡谷——水手谷等标志性地貌清晰可见。
拍摄这张照片时,天问一号与地球的距离达到1.8亿多千米,离火星大约有220万千米。
据国家航天局消息,天问一号于当日晚间启动发动机,顺利完成地火转移段dì四次轨道中途修正,以确保后续动作准确实施。此后它还要完成近火制动,被火星捕获,进入环火轨道,成为火星的一颗卫星,并对火星进行观测,为着陆火星做准备。
中国航天科工集团二院研究员杨宇光向记者介绍说,近火制动是火星探测过程中的重要节点之一,有一定风险。其风险主要包括几方面,比如制动捕获只有一次机会,机不可失;制动的shí机、时长、力度等都必须十分精准。此外,探测器抵达火星时与地球距离远,通信延时长,地面无法实时监视和控制,整个制动过程必须由探测器自主完成,这对探测器的自主控制提出了很高要求。
制动时机和时长需分秒不差
按照轨道动力学规律,当航天器接近一个天体时,如果不采取任何措施,它将与这个天体擦肩而过,整个过程形成一个双曲线轨道。
杨宇光说,在接近过程中,航天器受天体引力影响,速度会越来越快,在距离最近时达到峰值。如果此时航天器不制动,它会逐渐远离该天体,速度慢慢下降,最后摆脱引力飞离天体。
这一规律决定着,如果想从转移轨道进入环绕天体运行的轨道,航天器就必须实施制动减速。
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍,探测器实施制动减速时,要先调整飞行姿态,将发动机喷管朝向前方,等时机恰当时点火开机,以此降低探测器的速度。整个制动过程的控制必须十分精准。
杨yǔ光介绍,各国探测器飞往火星基本都采用霍曼转移轨道,天问一号也是如此。对于以太阳为中心的引力场来说,这就是一条连接dì球与火星的椭圆形轨道。当探测器抵达火星附近后,如果没有制动或制动力不够,它会脱离火星引力继续环绕太阳运行,下次再跟火星交会就不知是何年何月了。这也就是前文所说制动捕获机会的唯一性。
反之,rú果力道过猛也不行。
杨宇光说,探测器制动捕获有一个原则,轨道越低,发动机越省能量,制动效率也就越高。但对于距离上亿公里的火星,探测器的位置测量和控制都可能出现误差,如果制动点的轨道高度过低,可能导致探测器撞向火星表面。
同时,探测器并不是在某一个点把速度降到多少,而是在一个飞行弧段内持续减速,制动点火的时间需要精密计算和精准控制。如果制动时间过长导致制动力度过大,探测器也会面临坠毁的风险。
“只有刹车时机和时长都分秒不差,才能形成理想的捕获轨道。”庞之浩说。
与“嫦娥”制动有所不同
此前我国已成功实施的历次探月任务中,嫦娥系列探测器均圆满完成le近月制动,积累了丰富经验。不过天问一号面临的近火制动,与“嫦娥姐妹”有所不同。
最显著的区别源自距离。
地球与月球之间的平均距离约为38.44万千米,对于测控通信来说,延时不过约1秒钟。而天问一号实施近火制动时,地球与火星的距离超过1.8亿千米,单向通信延时达到10分钟以上。杨宇光说,这种情况下地面无法对探测器进行实时监控,需要提前上传指令,到时候让探测器自主执行。
理论上,探测器的自主性可以通过设计来实现。例如制动时需要把速度降低多少,可以根据发动机推力计算需要开机的时间,照此控制。但实际上并非如此。
杨宇光说,任务过程中会有很多不确定性,比如发动机推力可能存在细微偏差,飞行器的位置、速度、姿态只能通过测量获得,各种变数使得自主控制的复杂程度大大增加。
因此,自主控制绝非只靠地面准备指令,探测器执行就能完成,而要大量依赖于测量手段。为了确保测量准确,在执行关键动作的飞行器上都有多个传感器,通过多种途径hé不同手段,结合地面测量数据,判断测量结果是否精确。在执行指令时,也会通过传感器来反馈执行情况。当遇到意外情况,来不及等待地面处理时,探测器也会自行判断,然后按照预案自行应对。
此外,天问一号重达5吨多,不仅超过“嫦娥”系列探测器,甚至在世界各国行星探测器中也居首位。而它配备的,则是一台3000牛的发动机,会不会有点“小马拉大车”?要知道,3.78吨重的嫦娥四号,主发动机推力可是达到了7500牛。
对此杨宇光表示,嫦娥四号的发动机要兼顾近月制动和月面着陆使用,因而需要较大推力。对于天问一号来说,3000牛发动机确实偏小,但这是权衡各方利弊之后的选择。
杨宇光说,衡量发动机性能最重要的指标是比冲,比冲越高,相同条件下推进剂能产生的速度增量越大。但从另一方面说,比冲越高,发动机的质量越大,或者说,在同样比冲情况下,发动机推力越大,体积和质量就越大。
但对于天问一号而言,则希望发动机尽量小,能把更多重量和空间留给载荷。
在两个互相矛盾的指标之间,设计人员做出了权衡。目前的方案既能满足载荷的需要,也能满足制动的要求,无非是把制动点火时间延长一点而已。
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制动失败的那些探测器
由于近火制动有一定风险,因此过去一些火星探测器在进入火星轨道时,曾出现过各种故障。
苏联1973年7月21日发射的火星4号探测器,于1974年2月在距离火星表面2200千米处飞越,由于制动发动机失效而没有切入火星轨道。
1992年9月25日,美国火星观察者探测器升kōng。它在太空飞行了约11个月,在1993年8月21日,也就是计划进入火星轨道前3天发生了故障,与地面失去了联系。据判断,探测器失联的原因可能是推进系统的燃料运输管道破裂。
日本于1998年7月3日发射的希望号火星轨道器,自发射升空以后故障不断。按计划,希望号应于2003年12月14日到达离火星表面894千米位置,然后进入环火轨道,但由于其电路系统受太阳风暴影响出现故障,变轨发动机无法启动而导致任务失败。
最冤的一次失败来自美国的火星气候轨道器。1999年9月23日,该探测器本应在80—90千米高度进入火星大气层,但在轨道切入操作中,地面人员犯下了致命的低级错误。在探测器飞行系统软件中,使用的是英制单位“磅”计算推进器动力,而地面人员输入方向校正量和推进器参数时,用的却是公制单位“牛顿”。两种单位的混淆造成了导航误差,使探测器直到距离火星仅57千米时才减速切入,最终导致探测器解体。
(来源:科技日报)
紫微斗数迁移宫详解:出外贵人扶持
迁移宫有文昌 文昌,出外遇贵发达,小人不足,加羊陀火铃空劫在外欠安宁。 迁移宫有文曲 文曲,在外近贵,加吉星得财,加羊陀火铃少遂志。 迁移宫有火星 火星,独守出外不安,加吉星闹中进财,加羊陀空劫招是非在外少遂志。 迁移宫有铃星 铃星,有吉星同在外吉,加羊火铃空劫不足招是非。 迁移宫有左辅 左辅,动中贵人扶持发福,加羊陀火铃下人不足duō招是非。 迁移宫有右弼 右弼,出外遇贵人扶持发达,不宜静守,加羊陀火铃空劫,在外与人有争竞。 迁移宫有陀罗 陀罗,会吉星在外遇贵得财,陷地加羊火铃星空劫多招是非下人不足。 迁移宫有擎羊 擎羊,入庙在外yī禄遂心,加吉星闹中发财,陷地有成下人多不足。 迁移宫有禄存 禄存,出外衣禄遂心,会羊陀火铃空劫与人多不足意。 迁移宫有化禄 化禄,星土,为福德之神。 迁移宫有化权 化权,星木,掌判生杀之神。 迁移宫有化科 化科,星水,上界应试主掌文墨之神。 迁移宫有化忌 化忌,星水,为多管之神守身命一生不顺,招是非。
为什么说火星像是一个袖珍的地球?
火星的自转轴倾斜的角度与地轴非常相近,意味着火星上的季节变迁方式应与地球相同。天文学家观测到在火星的北极和南极都有白斑,可能是冰,意味着火星上可能有水。火星的反照率意味着它可能像地球一样存在大气。就许多方面而言,再也没有别的行星像火星那样酷似地球了。
许多科幻小说中,都幻想过这样yī个未来——由于环境恶化、地震海啸、彗星撞击等种种原因,人类无法在地球上继续居住,开始向火星移民。太阳系中有诸多行星,在开辟第二家园的幻想中,为什么人类总对火星情有独钟呢?火星真的是一个“袖珍的地球”吗?
行星在轨道上运行一周所需的时间称为它的公转周期。一颗行星离太阳越远,公转周期就越长。地球的公转周期就是地球上的一年。与此类似,我们也把火星绕太阳转一周的时间称为一个“火星年”。
地球绕太阳公转一周所需的时间,就是地球上的一年,约为365.24天。火星同太阳的距离约为日地距离的1.5倍,它绕太阳公转一周所需的时间,就是一个“火星年”,其长度等于地球上的1.88年,即地球上的687天,这相当于668.6个“火星日”。因此,在火星上一年之中将能看到668次或669次日出日落。
火星的直径是6770千米,约为地球直径的53%,其表面积差不多有15个中国那么大。如果地球是空心的,那么大致要用7个像火星那么大小的球严严实实地塞进去才能填满它。
地球的引力使地面上的每一个物体都受到一定的重力,即我们习惯上说的有一定的重量。如果将同一个物体放到火星表面,那么火星的引力也会使它具有mǒu一个重量。地球的质量是火星质量的9. 31倍,因此地球的引力场强度也是火星引力场的9.31倍。但是,同一个物体放到这两颗行星表面上的重量差异却不是9.31倍。其原因在于火星的半径比地球小,位于火星表面的物质dào火星中心的距离要比地球表面到地球中心的距离小,而引力则与距离的平方成反比。综合考虑这些因素,可以推算出地球的表面重力约为火星表面重力的2.6倍。
因此,一个在地球上体重70千克的人在火星上受到的重力,只等于体重26.9千克的人留在地球上所受到的重力。当然,这个人的质量实际上并没有变化,变化的乃是吸引这团质量、从而使人有了重量的行星表面重力。虽然这个引力比地球上小,但并不像月球那样小太多,经过训练的殖民者还是比较容易适应的。
地球的自转轴并不恰好垂直于地球的公转轨道平面,而是倾斜了约23.5°,与公转轨道平面的夹角为66.5°,由此导致了一年的四季biàn化。火星的自转轴也是倾斜的,而且倾斜的角度与地轴非常相近,为25.17°。这意味着火星上的季jié变迁方式应与地球相同。但是,火星上一年的长度要比地球上长一倍。同时,火星比地球离太阳更远,所以火星上的每个季节都比地球上的相同季节冷。例如,火星上的夏季永远也不会像地球上的夏天那么炎热。
很早就有一些天文学家注意到,火星圆面近边缘处有一些白色的斑点。1781年,英国天文学家赫歇尔确定火星自转轴的倾斜之后,就知道了火星两极的位置。这使他恍然大悟:那些白斑一块在火星的北极,另一块则在南极。人们顿时想到:它们应该是冰!有冰就该有水,这似乎又与地球相当一致。
再说,火星的反照率又令人想到它可能像地球一样存在大气。一个天体的反照率,是指它往外反射的光在落到它上面的全部光线中所占的比例。月球和水星没有大气,它们裸露的岩石所反射的阳光分别只占全部入射阳光的7%和6%,即它们的反照率分别为0.07和0.06。金星大气中布满永不消散的浓云,所以它的反照率高达0.76,也就是说它把3/4的太阳光都反射掉了。地球大气中云量不如金星大气那么多,所以地球的反照率0.39仅约为金星的一半。火星的反照率是0.15,虽不及地球之半,却比月球加倍而有余。由此可见,火星既不像月球那样全无大气,也不像地球那样有一céng相当稠厚的大气。它是有大气的,但比地球的大气稀薄而少云。
随着对火星的了解与日俱增,人们越来越觉得它仿佛就是一个小型的地球。就许多方面而言,再也没有别的行星像火星那样酷似地球了。而火星和地球越是相像,天文学家对它就越是关心,社会公众对它的兴趣也就越大。
其实,火星同地球还是有着相当大的差异。最为突出的是,地球上物种繁多,生机盎然,而且出现了人类文明;火星上有没有生命却至今尚未查明。但是不管怎么说,火星毕竟是同地球最相像的一颗行星。科xué家甚至设想,将来有朝一日,可以将火星改造成为人类的又一个家园。
火星取样返回要走多少公里?
其实火星采样返回和这个流程基本一致,但唯一不同的是火星实在是太远了,最近时距离地球超过5500万千米,最远则超过4亿千米,因此只有38万千米月球采样返回方案就不能用了,假如用长征五号火箭,那么一次抵达火星的载荷是不够的,比如长征五号的近地轨道运载能力为25吨,但地火转移轨道只有5吨。
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