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天问一号为啥不用空气刹车技术?

来源:未知作者:admin 发布时间:2022-02-25 10:01 浏览量:
html模版天问一号为啥不用空气刹车技术?

前两天天问一号环绕器进入遥感使命轨道 ,这是一个近火点约265千米、远火点约1.07万千米、周期约7.08小时的遥感轨道。在转发新闻时,我提到未来的任务搞不好可以用空气刹车方式把轨道切圆,这样的话距离火星永远都是200-300千米的样子,轨道周期很短,当然也能更频繁对火星综合遥感,也更好服务于火星车。今天有时间,写写字科普下为啥这次不弄而下次可以试试的原因。

正常情况下,把椭圆轨道变成接近火星的圆轨道,需要推进系统多次长时间工作,消耗很多推进剂。所谓空气刹车,就是在切入环绕火星轨道后,把近火点放低一些,这样探测器会和火星稀薄大气的顶部接触,就会产生微弱的空气阻力。虽然阻力并不大,仅相当于一只猫站到大客厅里产生的效果,但日积月累能逐渐把探测器的动能/速度消耗一些,尤其是降低探测器的远火点,轨道慢慢就切圆了。

好处显而易见,空气刹车能节省探测器达到同样目的而必须消耗的巨量推进剂。每一滴推进剂都是从地球辛辛苦苦送过来的,例如一个800吨级的长征五号才把5吨级的天问一号送到火星,所以千万不要浪费推进剂啊。对天问而言节省推进剂更重要,它是近些年人类火星探测以来工程难度最高的一次,环绕器要携带着陆器、巡视器一起刹车切入环绕火星轨道,抵达火星后任务节奏非常紧凑。未来还要长时间在火星工作和服务于祝融号,要长时间维持轨道。这些都需要消耗宝贵的推进剂,所以必须要节省。

空气刹车玩好了,真的能省超多推进剂。以著名的侦察轨道器MRO为例,它采用两面5.4米长、2.5米宽的巨大太阳能电池板摩擦火星大气逐渐刹车。最终它进行了5个月、共计445圈空气刹车,但效果也非常惊人:NASA在最后的报告中说通过空气刹车方案,足足节省了完成同样效果本来理论上需要的600千克燃料,这是个了不起的成就!理论上,空气刹车也能让天问更舒服。

但空气刹车玩不好,也很恐怖,因为它毕竟是在火星大气上空“刀尖起舞”,历史上也有惨痛的教训。

1998年12月11日,花费3.3亿美元的火星气候勘探者升空飞往火星。9月23日正式抵达火星,d88尊龙app安卓版,开始减速准备进入环绕火星轨道,继续选择空气刹车技术。负责整体开发的NASA喷气推进实验室JPL,和负责生产制造、尤其是推进系统的洛马公司开始合作调整轨道。

但在调整过程中却发现探测器突然失去联系,失去了响应,任务宣告在进入火星轨道阶段失败。

后来经过调查研究,竟然发现原因主要出自一个极其小的失误:洛克西德?马丁在制造时将进行空气刹车部分的导航软件计算单位都设置为公制单位(米,千米,千克等),而JPL在进行地面操纵和导航时却将公制单位的数据当做英制单位来用(英尺,英里,英镑等)。

更为严重的是,给飞行控制软件下达了命令用一个单位,反馈回的信息又被理解为不同单位,这导致错上加错,探测器在数亿千米外、十几分钟的信号延迟情况下进行错误的机动。直接后果是探测器入轨的轨道最低处竟然仅有57千米。虽然火星大气比较稀薄,但在低于80千米时会对探测器造成较大空气摩擦甚至永久伤害。

于是,任务就没了。

我们的天问一号,任务难度远超气候勘探者,功能定位和所搭载仪器需要的科研环境也不同,三器入轨和分离着陆等节奏很快、相当复杂,对我国深空探测的意义也极其深远,自然要小心一点。天问环绕器的一些科研仪器的研究目标,也已经以预设大椭圆轨道来设计了,例如在不同轨道高度研究磁场、空间环境等。空气刹车还一个缺点就是特别消耗时间,动辄需要半年一年多慢慢绕,不适合天问入轨后的快节奏。

因此,天问一号没必要上来就玩这个空气刹车来切圆轨道,待在椭圆轨道也不用浪费太多推进剂,现在的方案已经很适合。不过未来的任务,是完全可以考虑的。

彩蛋问题:从气候勘探者失败的例子可以得到什么?

现在就问你,在考试时为什么不写清楚单位就扣分或不得分,理解了没?

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