展望中国2018年的火星任务

时间:20-09-30 栏目:天文科学 作者:wenkula 评论:0 点击: 15 次



北斗全球导航系统模型,相比这些能见得到实际利益的工程,长期以来,深空探测项目在重实用的中国航天界无人问津。


北斗全球导航系统模型,相比这些能见得到实际利益的工程,长期以来,深空探测项目在重实用的中国航天界无人问津。


嫦娥探月工程立项历经蹉跎


我国是直到进入21世纪才启动了探月工程,正式开始深空探测工作,即嫦娥探月工程。事实上,即便是嫦娥探月工程的提出和立项,也经历了多年的蹉跎。或许是受到日本发射飞天号月球探测器的刺激,我国早在20世纪90年代初就对月球探测的必要性和可行性进行了初步论证,并提出使用长征二号捆绑火箭发射月球撞击器的构想,不过由于种种原因,这个和日本飞天号一样仅有象征意义的探月方案并没有启动。


90年代后期我国再次论证探月方案,并对首次探月的科学目标进行了分析和研究,2000年中科院提出的月球探测器的科学目标和有效载荷通过论证和评审,随后中科院开始对载荷关键技术和地面处理应用系统进行研究,2002年中科院和航天部分提交了月球探测器立项报告。2003年8月15日印度独立日上,印度总理正式宣布研制月船一号月球探测器,在此影响下2004年1月我国正式启动嫦娥探月工程。


嫦娥探月工程分为三期, 简称为“绕、落、回”。探月工程一期的“绕”,计划发射一颗月球轨道器进行绘制月面三维立体图像、探查月面物质成分等任务;探月工程二期的“落“,将发射一颗月球软着陆探测器,并携带一个月球车作为巡视器,两者联合进行地形地貌和地质结构的探查,并携带望远镜在月球表面仰望星空;探月工程三期的“回”,是指发射月球取样返回探测器,探测器降落到月球后,将自动采集月壤和月岩样品,最后由返回器带回地球。我国将通过难度逐步增加的“绕、落、回”的三步走,突破和掌握全套无人探月技术,为未来可能的载人登月积累经验并做好技术上的准备。


我国嫦娥探月工程虽然立项较晚,但作为国家重大科技专项,进展还是非常快的,先后于2007年、2010年发射嫦娥一号和嫦娥二号探月卫星,完成第一步“绕”,以及二期工程“落”的前期勘探和技术验证。今年这次发射嫦娥三号月球软着陆探测器将实现第二部“落”。


月球南极被认为最有可能存在水,所以作为嫦娥三号的备份星的嫦娥四号可以考虑进行探测。


月球南极被认为最有可能存在水,所以作为嫦娥三号的备份星的嫦娥四号可以考虑进行探测。


嫦娥四号将起到承上启下作用


那么,嫦娥探月工程会何时实现最后一步“回”?


首先要介绍的是嫦娥四号,它是嫦娥三号的备份星,目前已经和嫦娥三号同步完成了正样研制。较早的资料表明,嫦娥三号的巡视器设计寿命3个月,而嫦娥四号设计寿命12个月,分析认为这种区别很可能是前者首次应用,在宣传口径上做了保留。


嫦娥一号和二号的总设计师叶培建院士曾提到,嫦娥四号将在嫦娥三号的基础上作一定的改进,而且运行时间只有几个月,结合他后来说的国家计划在嫦娥五号发射前做一次试验,验证月球轨道返回技术的信息,如果嫦娥三号一切顺利的话,嫦娥四号很可能进行不小的改进,成为探月三期工程的先导星,验证从月球轨道直接返回的月球轨道测控、机动和超高速直接再入大气层的防热等关键技术。


另外考虑到日本月女神-2计划在月球南极附近艾肯盆地着陆,嫦娥四号工作时间较短,也有可能进行难度更大的任务,如在月球极地附近的陨石坑着陆,寻找月球存在水的直接证据。如果嫦娥四号作为探月三期的先导星用于返回技术验证,将是我国首次试验从深空轨道直接返回,对无人取样返回探测器的研制和未来载人深空探索都具有很大的意义,如果嫦娥四号能深入地形复杂的月球极区探测,也可以进一步验证着陆系统,如果能直接找到水冰的存在,更是中国对国际月球探测做出的空前贡献。


嫦娥五号的模型,上部就是返回舱,用于将在月面取得的样本送回地球。


嫦娥五号的模型,上部就是返回舱,用于将在月面取得的样本送回地球。


嫦娥五号计划于2018年发射


嫦娥五号主要任务就是月球取样返回,它要面对取样、上升、对接和高速再入等四个主要技术难题。根据目前的设计方案,嫦娥五号由轨道器、返回器、着陆器等多个部分组成,其中着陆器将进行月面软着陆,并自动进行月面采样、样品封装等操作,将样品由着陆器的上升段携带升空进入月球轨道,与环月轨道上的轨道器对接,将样品转移到返回器内部,最后轨道器携带返回器点火机动,从环月轨道直接返回地球,返回器将在再入大气层前分离,最后降落在我国北方的内蒙古草原上。


从这个轨道器、着陆器以及环月轨道对接的复杂设计方案看,嫦娥五号完全就是无人版的阿波罗登月,目前同样计划使用类似设计的深空探测器方案,是美国尚未立项的火星取样返回探测器(MSR),不过MSR最早也要2024以后发射,而我国的嫦娥五号预计2018年左右就要使用长征五号火箭发射,嫦娥五号取样返回的复杂性和先进性在已有和正在研制中的深空探测器里是空前的。目前嫦娥五号探测器着陆器的变推力发动机、交会对接微波雷达和激光雷达的研制都在紧密锣鼓的进行中,着陆器上升段和轨道器所使用的3000牛发动机首次整机试车圆满成功,已经转入初样研制阶段。嫦娥五号可以携带约2千克样本返回地球,这是使用复杂的月球轨道对接设计的结果,之前的苏联Luna 16探测器整体落月,最终取回样品仅有100克。


按照我国航天的惯例,嫦娥五号肯定还有一个备份星,如果嫦娥五号任务顺利的话,它很可能赋予嫦娥六号的编号,增减部分设备提高技术水平,根据探月一期和二期的月球探测成果,选取探测价值更大区域如月球极区或是在月球背面取样返回。不过嫦娥六号还太过遥远,目前很难对此做出有效的预测。


中国对火星探测的初次尝试始于2011年底。萤火一号被装载在俄罗斯福布斯-土壤火星探测器上“捎”往火星,不过这次任务完全是个杯具,福布斯-土壤连地球轨道都没能离开


中国对火星探测的初次尝试始于2011年底。萤火一号被装载在俄罗斯福布斯-土壤火星探测器上“捎”往火星,不过这次任务完全是个杯具,福布斯-土壤连地球轨道都没能离开。


对外展示的中国自主火星探测器模型,可能在2018年发射。头部的圆锥状物体是火星登陆器,由此可见中国火星探测项目的起点设置非常高。


对外展示的中国自主火星探测器模型,可能在2018年发射。头部的圆锥状物体是火星登陆器,由此可见中国火星探测项目的起点设置非常高。


日本的MELOS火星探测计划非常复杂,还包含了人类首架在外星使用的无人机。


日本的MELOS火星探测计划非常复杂,还包含了人类首架在外星使用的无人机。


火星探测也会在2018年展开


月球探测是深空探测的一部分,但月球只是深空探测万里长征的第一步。我国航天和科学院系统,也在规划对小行星、火星、金星进行探测,并构思了对主带小行星、木星和更遥远的柯伊伯带天体的远期探测计划。


在2013年9月23到27日北京举行的第64届国际宇航大会上,航天科技集团董事长许达哲在中国专场“中国航天发展与展望”的全体会议中做了中国航天的精彩报告,为我们带来我国深空探测的最新消息。许总报告中提到我国将2030年前将进行火星探测、深空太阳观测、小行星伴飞和着陆、金星探测、木星探测和火星取样返回等多个深空探测项目。不过他演示的幻灯片上,项目和具体时间与此前的报道有很大不同,其中2018年左右我国将进行第一次火星探测,探测器包括轨道和巡视器,2020年左右我国将发射深空太阳天文台,2020到2025年之间先后进行小行星伴飞和附着探测器和金星探测器的发射,2025年到2030年先后进行木星探测器和火星取样返回探测器的任务。


按这个最新官方消息,结合其他说法,火星探测任务基本确定,发射时间大致在2018年左右,而小行星伴飞和附着探测任务虽然基本确定,但时间仍有一定的不确定性。我国的首次火星探测任务采用轨道器加巡视器的设计,与日本的MELOS火星探测器方案十分相似。欧洲空间局的ExoMars火星探测项目也采用轨道器加火星车的设计,不过整体先进性是我国暂时无法相比的,ExoMars项目和MELOS项目也都将在2018年执行,这将是人类火星探测史上前所未有的盛况。


美国伽利略号探测器探测木星,对火星以外的行星进行探测,目前除美国以外还没有别的国家进行过。


美国伽利略号探测器探测木星,对火星以外的行星进行探测,目前除美国以外还没有别的国家进行过。


我国还将探测小行星及木星


而在2012年,中国运载火箭技术专家龙乐豪院士接受采访时表示,在2030年前中国计划对火星、金星、木星等星体进行共9次探测。2012年发《上海航天》第6期上的论文《深空探测器总体技术》还提到了小行星探测和木星探测的详细时间节点,其中小行星探测器计划2017年使用长征三号乙火箭发射,先后在2018年8月飞跃Tukmit小行星,2020年4月与Apophis小行星交会并伴飞5个月,2022年5月利用地球引力借力加速飞向1996FG3小行星,于2023年8月与其交会并伴飞4个月,最后在1996FG3上着陆。木星探测器计划在2026年9月使用长征五号火箭发射,通过2027年2月金星引力加速、2028年1月和2029年10月两次地球引力加速,飞跃小行星带并在2032年8月到达木星,经过捕获制动后进行木星环绕探测。


木星探测的方案遥遥无期,具体方案还存在很大变数,不过小行星伴飞附着探测器已经得到了多方面信息的验证。2012年珠海航展期间,《兰州晚报》的关于兰州510所电推离子发动机的一篇报道,提到了510所的LIPS-200+离子电推进系统不久将应用于我国首次小行星探测航天器,完成主推进任务。


综上所述,虽然我国极为重视空间应用,而深空探测在很长时间内都只能适度发展,但未来我国仍将在深空探测领域有所作为,除了后续的探月工程二期和三期项目外,还将开展的火星和小行星探测任务,在更遥远的未来还可能进行主带小行星取样返回、木星环绕甚至柯伊伯带天体探测等深空探测任务,为增进人类对太阳系的了解做出中国人应有的贡献。


在早些年,中国的资金和技术都很有限的情况下,贸然挑战耗资巨大的深空探测不是明智之举。而如今随着我国综合国力的提高,中国在尖端科技领域的研究需求变得越来越旺盛,深空探索所取得的技术突破也能反哺其他领域。中国航天界摆脱以实用性第一的传统形象,参与到深空探测竞争中来也就理所当然了。



展望中国2018年的火星任务:等您坐沙发呢!

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