中國的2020火星飛行任務將借鑑以前的登月探索和人類太空飛行
中國的目標是成為僅第二個在火星表面著陸和運行航天器的國家( 如果不算前蘇聯的1971年火星3任務,美國國家航空航天局於1976年首次發射一對維京著陸器)。在發射前僅幾個月,中國仍在對關鍵任務及其細節保持安靜。但是,我們可以從最近的演講和訪談中看出幾點來,那就是要在何處以及如何嘗試登陸紅色星球的觀點。
發射,市場投入
天體力學雜誌猜測,中國將與美國宇航局的恆心漫遊者和阿拉伯聯合酋長國的希望軌道飛行器一起,於7月下旬在霍曼轉移窗期間發射,(每26個月才出現一次),並儘可能使用少量推進劑進行火星之旅。
猜測於5月份,一枚巨大的長征火箭將帶著中國航天器踏上太空,大約7個月的旅程,以便於2021年2月進入火星軌道。
5噸重的航天器由一個軌道飛行器和漫遊車的著陸段組成。預計該航天器將保持軌道耦合狀態直到4月。在試圖將240千克流動站(尚未公開命名)放置在地面上之前,軌道器將使用一對攝像機對預選的著陸點成像。
登陸
登陸火星有其獨特的挑戰。稀薄的大氣層會加熱宇宙飛船,十分危險,卻無法使宇宙飛船減速,並且引力場與地球上的重力場不同。但是中國從早期的太空探索中獲得了指導的經驗。
軌道器到達時,地球與火星之間的距離約為1.5億公里,因此通信信號的單程傳播將花費八分鐘。因此,航天器在著陸過程中的制導,導航和控制或GNC將是完全自主的。該系統將基於嫦娥四號的GNC,該衛星在2019年自主實現了在月球另一側的首次著陸。
進入艙的隔熱罩的鈍空氣動力學特性類似於球形圓錐體,其尖端形成了一個70度角,當以每秒幾千米的速度撞擊到大氣時,將提供第一次減速。接下來,當以超音速的速度行進時,將部署一個帶隙帶降落傘,以進一步減慢航天器的速度,然後將其丟棄。中國從其神舟號飛船上汲取了技術和經驗,這使宇航員可以在這些階段重新進入地球大氣層並安全著陸。
逆行推進將導致航天器在其最終下降過程中減速。其中大部分將由7500牛頓可變推力發動機提供,例如中國的嫦娥三號和四號月球著陸器使用的主發動機。該著陸器將使用激光測距儀和微波測距速度傳感器來獲取導航數據,該技術最初也是為中國的月球飛行任務開發的。
著陸器將航天器的主體在70米的高空分離,根據任務總設計師張容橋的說法,這時著陸器會進入懸停階段並尋找一個安全的著陸點。3D激光掃描或激光雷達將提供地形數據,例如高程。在光學相機的幫助下,避障模式將從距離地面上方20米處開始。
登陸地點
根據去年9月在日內瓦舉行的歐洲行星科學大會會議上的一份報告,中國最初考慮在兩個廣闊的著陸區內的幾個地點,此後將範圍縮小到在烏托邦衛星附近的兩個初步地點。
參加會議的亞利桑那大學行星圖像研究實驗室(PIRL)主任 Alfred McEwen最近在烏托邦Planitia拍攝了其中一個區域的圖像。
他在發佈的帶有圖像的聲明中寫道:“ HiRISE可以在大範圍內平滑,但可以顯示出小規模的粗糙度元素,包括隕石坑,巨石和其他特徵。中國已經在月球上證明了這種技術,可以通過使用“避免終端危險技術”來避免。
McEwen指出:“烏托邦Planitia可能已被泥漿流廣泛地重新鋪平,因此,它是研究潛在的過去地下可居住性的有趣場所。”
其他潛在目標也位於Chryse Planitia內,靠近Viking 1和Pathfinder的著陸點。對於這些區域,山東大學空間科學研究所的科學家已經確定了著陸期間發生沙塵暴的可能性。
無論目標是哪個地點,任務都會有大約100 x 40公里的著陸橢圓範圍(據統計,航天器可能在其中著陸)。相比之下,憑藉其豐富的火星著陸經驗,並且採用了Range Trigger技術,NAS的恆心橢圓提議僅為25 x 20公里。
中國火星任務的其他必要步驟也已經到位。追蹤站現已在中國以及納米比亞和阿根廷運營。“長征3月5日”火箭於1月通過了發動機測試,而火星車在農曆新年前後進行了最終的太空環境測試(在發射,深空巡航和在火星表面進行模擬的條件下)。進行2021年登陸嘗試的下一個重大步驟是7月從文昌成功發射火箭升空。