火星那么大,去哪兒探測?
Q:去火星的什么地方探測有目標了嗎?如何選擇著陸地點?
A:火星著陸區域的選擇與月球的著陸區選擇有一定相似性,既要考慮科學需求,又要考慮工程上的約束,綜合擇優選擇。
由于中國火星車將使用太陽能供電,從光照角度考慮,最理想的地方是火星赤道附近,因為那里溫度并不高,光照條件比較好,但是火星赤道附近的地形復雜。
另外選擇火星著陸區域還要考慮海拔的因素。這與登月不一樣,因為登陸月球完全靠動力減速,不依賴大氣作用,所以海拔并不太重要。但是登陸火星99%以上的減速是靠大氣減速,因此我們希望進入大氣的過程越長越好,海拔越低減速時間越長,登陸更安全。
綜合地形復雜度、高程、光照條件、溫度等因素考慮,火星比較適合著陸的地點在北緯5度至30度的區域。
Q:火星登陸點是一開始就選好呢?還是探測器到了火星附近才確定?
A:著陸區域應該是在設計初期就確定,因為著陸區的選擇與進入、減速和著陸過程,以及能源、軌道的設計都是相關的。當然具體落點是要根據實際在軌情況,入軌精度等情況最后確定。
選擇“嫦娥三號”落點時,我們一開始畫了一個100乘300公里的大區域,在探測器進入環月軌道決定要著陸后,又預計了一個落點,最后真正的著陸點與預計的落點只偏差幾百米。
火星著陸點的確定也基本上是這樣。就好比我們先選擇要去北京,至于落在北京哪個區哪條街道,是要到附近再做精確的選擇。由于火星大氣模型誤差很大,所以在火星登陸的偏差可能會比登月大。
Q:目前國際上對火星的探測主要是圍繞生命展開研究,中國的火星探測希望探索什么樣的科學之謎?
A:中國火星探測的科學目標雖然還沒有最終確定,但基本上是圍繞這幾個方面:通過光學遙感探測火星形貌,看看火星表面長什么樣;通過光譜等探測火星土壤元素、礦物成分及巖石類型;探測火星空間環境,包括火星大氣;探測火星土壤結構及水冰,火星表面甚至地下淺層是否有水?
探測器準備攜帶的載荷種類與國外主流的探測設備基本相似。探測目標的設定要有循序漸進的過程,因為這是中國第一次去火星,首先要對火星環境有認知。目前還沒有專門直接針對生命的探測,更多的是關于環境的探測,通過對環境以及水的探測,來研究火星是否具備適合生命的條件。
與月球探測有何不同?
Q:火星探測與月球探測還有哪些不同?
A:我們在探月工程中已經為火星任務打下了很好的基礎,如果沒有探月一期、二期工程,希望火星探測一次就著陸并讓火星車走起來,是不現實的。
但是我們打下的基礎也只是整個任務鏈條中的某些環節,或者說僅有一半的環節與探月有相似性。
舉個例子,在“嫦娥三號”任務中,月球的地形地貌具有不確定性,但其他環境因素都在可控范圍內,可通過設計規避風險。但火星除了地形以外,其大氣情況具有很高的不確定性。
此外,登陸火星需要經過氣動外形減速、降落傘減速和反推發動機減速,以及著陸器的緩沖腿吸收最后的能量,這四個階段。與登陸月球相比,月球上沒有大氣、降落傘的減速過程,只有后兩段,即反推發動機和著陸緩沖。
還有測控通信保障問題。月球距離地球40萬公里,而火星距離地球最遠時達到4億公里。中國最早在發射“嫦娥一號”時,測控通信還是一件挺困難的事。但在探月工程的帶動下,地面基礎設施得到了很好發展,現在已有深空網,能夠實現對火星探測器的測控。但是數據還不能實現高速傳輸,因此未來的火星車操控要比月球車的操控更為復雜,效率更低。
再加上火星光照強度小,同樣面積獲得太陽能少,尤其火星大氣對于太陽光也有削減作用。所以火星車的能源供給比月球車更為困難。
Q:除了火星探測,航天專家們對于中國未來的深空探測還有什么設想?
A:深空探測雖然不會馬上產生明顯的經濟效益,但是對于滿足人類探索未知世界的好奇心,拓展人類生活空間,都具有重要意義。
中國未來深空探測的發展路線,總的來說是由近及遠,探測方式從相對簡單的環繞探測,到難度更大的著陸、取樣返回。火星、小行星、木星將成為中國未來深空探測的熱點,同時對月球的探測更側重于資源開發利用。