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牛!科学院院士发声,中国或将成为第一个从火星采样返回的国家

2024-04-29科学

月球上挖土已经满足不了我们了,现在我们要去火星上挖啦!

什么时候去?快了,我们的探月工程总设计师吴伟仁院士已经说了, 2030 年前后!

美国之前也尝试过到火星上取点土回来,但是他们失败了,只是采了一些石头,而且还放在火星,现在都还没办法送回来。

我们在火星要挖到土,还要把土带回来,如果成功了,那我们就会是第一个从火星采样返回的国家。

有人会觉得,我们已经可以从月球带回样品了,那从火星上带回来,不也是轻车熟路吗?

事实上,火星取样比月球难多了,到底有多难呢?

出去难

探索火星可以划分为两个核心阶段:首先是勇敢地飞出去,其次是安全地飞回来。先说飞出去。

我们现在主要是采用运载火箭,只有它拥有足够强大的推力,可以帮助我们挣脱地球的引力束缚。

到了火星,虽然那里的大气相对稀薄,火星探测器在降落过程中,依然会与大气摩擦产生炽热的高温。

这就需要为探测器加装防护层,保护它不会在高温中损毁。

当探测器下降到一定高度时,降落伞会适时张开,帮助减速。

最后,通过变推力火箭反推来实现缓冲软着陆。

那么,什么是变推力技术呢?简而言之,它允许火箭发动机在一定范围内调节其产生的推力,从而实现对航天器的精确控制。

推进剂的质量流量、燃气的喷射速度以及喷管出口的面积都能对火箭推力产生影响,在实际操作中,调节推进剂的质量流量是调节推力最为有效且常用的方法。

火星探测器上的变推力火箭,就是专门为了火星着陆任务量身定制的 「神器」。

当探测器接近火星表面时,火箭会启动并产生推力,通过精确的推力调节和姿态控制,实现探测器的减速和稳定下降。

同时,火箭还配备了缓冲机制,以减少着陆时对探测器的冲击和震动,保护其内部设备和结构免受损害。

等火箭把探测器安全送到火星地表后,还要想办法把探测器送回地球,这一步,至今还没哪个国家能做得到,这又是为什么呢?

回来也难

当我们采到样本后,接下来,火星探测器装置的上升运载火箭就要闪亮登场了,它的任务是将这些宝贵的样本重新送回太空。

吴伟仁院士就说过,想要实现火星采样,新型的运载火箭必不可少。

目前,我们大多数火箭采用的是化学动力技术。

化学动力技术通过燃料与氧化剂在火箭发动机内的化学反应,产生高温高压气体并从喷嘴喷出,进而产生推动火箭前进的推力。

然而,这项技术有一个缺点,那就是它消耗大量的燃料。

在航天活动中,每一克的重量都是极其宝贵的,但为了确保从火星顺利返回,我们又不得不增加重量。

此外,传统的火箭燃料,如液氧、液氢等,其制造过程复杂、成本高昂,且存在易燃易爆的风险。

因此,为火星任务,我们要重新研制新型火箭。

那么这款新的火箭,又要需要怎么设计呢?

火星的质量远大于月球,从火星表面起飞返回地球所需的逃逸速度也更高。

这就要求火箭发动机的推力必须要高,而且还能够长时间稳定工作。

火星的大气环境与地球和月球迥异,新型火箭在设计时就必须充分考虑火星大气的密度、压力和温度等特性,使其在复杂的大气环境下也能稳定、安全地起飞。

当火箭接近地球时,它将面临高速进入大气层带来的极高温度和压力。

这对火箭的热防护系统提出了极高的要求,设计时就要保证火箭结构和设备在极端环境下免受损害。

为了解决这些难题,我们正在使出浑身解数,研究和开发先进的推进系统、导航控制系统、热防护系统以及样本保护技术等。

虽然任务艰巨,但咱们探索火星的脚步从未停歇。

去火星,我们是认真的

2020 年,运载火箭将「天问一号」火星探测器送入太空,我们的行星探测计划就此展开,随后,「祝融号」火星车降落在火星的红色土地上。

然而,我们的火星探测之旅并未就此止步。

吴伟仁院士为我们揭示了新的计划: 2025 年前后,我们将迎来天问二号探测器的发射,它将前往距离地球 4000 万公里的一颗小行星,为后续的火星采样返回任务积累宝贵的经验。

与此同时,美国的火星采样返回计划也在紧锣密鼓地推进,但似乎并不顺利。

美国宇航局局坦言,他们的火星采样返回项目预计耗资巨大,且样本返回地球的时间可能推迟至 2040 年。

我们这边早已开始积极布局,筹划建设世界首个火星样品实验室,为即将到来的火星采样返回任务做好充分准备。

外,我们还深化了对天问四号探测任务的论证,计划开展对木星及其卫星的环绕探测,并最终挑战抵达遥远的天王星。

这些精心策划的深空探测任务,每一项都代表着我们航天事业的新进步。

同时,也将极大地拓展我们的认知边界,使我们对宇宙的理解更上一层楼,让我们一起期待这些任务圆满成功吧!