科学家克服火星着陆的黑色七分钟


我国将发射首颗 火星 探测器，这次火星探测将实现软着陆，在火星表面释放 火星车 ，开展巡视探测。和嫦娥探月工程相比，我国火星探测将一次性走完探月的“三步”。着陆难度相当于从巴黎击出一只高尔夫球，落在东京的一个洞里。


“中国将于2020年探测火星。”在2019软件定义卫星高峰论坛上，中国科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远在报告中透露了这一信息。在亿万人的期盼中，中国首次探测火星的行动越来越近了。


火星虽然是我们的近邻，与 地球 的距离变化较大。最近的时候距离地球5500万千米左右，最远可达约4亿千米，这就导致从地球上看火星明暗变化比较大。也因为如此，人类探测器探索火星时，时机选择非常重要。



着陆火星需经历恐怖的“黑色7分钟”

一般而言，着陆探测器需要如下几步才能最终抵达火星表面：

第一步，从地球发射并进入环绕地球轨道；

第二步，进行轨道机动，从绕地球轨道脱离，进入双曲线转移的日心轨道，飞向火星。轨道计算要非常精确，确保探测器的轨道和火星在前方相遇；

第三步，飞船被火星引力场捕获，在指定高度进行轨道机动后成为火星绕飞轨道上的一颗卫星；

最后一步，也是最危险的一步——着陆。探测器释放着陆器，需要穿过火星大气层才能着陆在火星表面。


着陆器从130多公里的高空进入火星大气，速度达每秒5.9千米，要在短短七分钟的时间内，让着陆器的速度降至零，实现安全着陆。由于“地火”距离非常遥远，单向通信延迟最高可达约20分钟。

也就是说，在地面上根本无法实时调控着陆器着陆过程，必须完全靠事先输入的参数自主完成着陆，着陆全程大约7分钟（400多秒），400多秒内，探测器要完成超过1000个不同动作和指令，整个过程就这么困难，目前这个技术被美国NASA垄断。


有人比喻，这难度相当于要求一个高尔夫球手从巴黎击球，落在东京的一个球洞内。选择着陆点，以什么角度进入大气层，什么时候进行制动等等都非常关键不能出丝毫差错，是火星探测任务中技术难度最大、失败概率最高的关键时刻，被称为“黑色七分钟”。


火星上究竟有什么？

对 科学家 而言，火星残余磁场、电离层与大气层的探测与环境科学，火星地形地貌特征与分区，火星表面物质组成与分布，地质特征与构造区划，火星内部结构、成分等都是非常有意义的科研对象。

其中，无论是科学家还是普通大众最感兴趣的科学研究：火星上的生命活动信息以及火星适合人类移民的潜在资源。所以，每一次人类的火星探测计划都会受到世界高度的关注。未来，火星是否能成为人类的第二个“地球”，取决于人类的每一次火星探测数据分析和科研结果。




▲“火星快车”2018年的观测发现，火星南极冰盖下方可能存在一个液态水湖，

火星这颗红色的行星一直是人类关注的神秘星球，长久以来人们对它保持着浓厚兴趣。早期科学家用光学望远镜观察到了火星表面存在暗区（即亮度相对比较低的区域）。人们猜想这些暗区可能是海洋、湖泊等。

后来又发现似乎有一些从暗区延伸出的细线，这些细线被想象力丰富的 天文学家 脑补为“水道”。暗区会在冬季时缩小、夏季时扩张，很像森林冬天落叶，区域减少，夏天植被覆盖，区域扩大。这些神秘现象，激发了当时人类认为火星可能存在大量液态水甚至植物的推测。

当时，美国天文学家帕西瓦尔·罗威尔观察到“水道”现象并对外宣称，“那些‘水道’其实是人工挖掘的‘运河’，用来灌溉植物，因为水道太细不可见，而看到的细线应是灌溉出的大片植物”。类似的爆炸性新闻如雨后春笋般迅速传遍全球，人们开始畅想火星人的科幻故事。

或许从这时起，火星就深深地刻入人们的基因里，让人类梦想有朝一日登陆火星，造访我们的想象中的近邻生命。遗憾的是，这些“水道”当然是不存在的，部分是峡谷或陨石坑后延伸出的深色沙子造成的错觉。而火星表面颜色的改变则是因为沙被风吹移动造成的。但火星表面确实存在水冲刷形成的遗迹。

“好奇”号曾在火星盖尔陨坑，勘测到火星过去存在水流痕迹，但这没有浇灭人们探测火星的热情。火星和金星距离地球最近，人类对二者发射的探测器数量也不相伯仲。但火星是目前唯一一颗有人造车辆漫游的 大行星 。火星也是与地球形貌最接近的大行星，且含有水和甲烷，经过改造后是非常有可能成为人类地外移民的首颗行星