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“天问一号”探测器成功发射 我国首次火星探测任务启航

火星你好,中国来了!

来源: 北京日报     2020年07月24日        版次: 09     作者:

    7月23日,长征五号遥四运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空,实施我国首次火星探测任务(“天问一号”任务)。

    7月23日,在中国文昌航天发射场测控大厅,航天科技人员庆祝发射成功。

    新华社记者 才扬摄  

    “天问一号”火星探测器飞行距离最远4亿公里,于明年2月左右抵达火星附近

    探测器重量接近5吨,由环绕器、着陆器和巡视器组成

    环绕器上携带了7台科学探测仪器,火星车上携带了6台科学探测仪器

    本报讯(记者 张航)昨天12时41分,我国在文昌航天发射场用长征五号遥四运载火箭成功发射首次火星探测任务“天问一号”探测器。火箭成功将探测器送入预定轨道,开启火星探测之旅,迈出了我国行星探测第一步。据了解,“天问一号”探测器将在地火转移轨道飞行约7个月后,到达火星附近,通过“刹车”完成火星捕获,进入环火轨道,并择机开展着陆、巡视等任务,进行火星科学探测。

    国家航天局介绍,首次火星探测任务于2016年1月经批准立项,由国家航天局组织实施,具体由工程总体和探测器、运载火箭、发射场、测控、地面应用等五大系统组成。首次火星探测任务的工程目标有两部分,第一,突破火星制动捕获、进入/下降/着陆、长期自主管理、远距离测控通信、火星表面巡视等关键技术,实现火星环绕探测和巡视探测,获取火星探测科学数据,实现我国在深空探测领域的技术跨越;第二,建立独立自主的深空探测工程体系,包括设计、制造、试验、飞行任务实施、科学研究、工程管理以及人才队伍,推动我国深空探测活动可持续发展。

    首次火星探测任务的科学目标,主要是实现对火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等研究。

    国家航天局中国首次火星探测任务新闻发言人刘彤杰在接受采访时表示,“天问一号”任务火星探测器的环绕器上携带了7台科学探测仪器,火星车上携带了6台科学探测仪器,将对火星表面形貌、磁场还有气候进行初步的探测。刘彤杰表示,探测器明年2月份左右到达火星时,不会直接降落火星表面,而是会进行将近两个半月的环绕飞行,对着陆区进行初步探查,在气候条件好的时候再实施着陆。因为火星北半球平原相对更多一些,所以“天问一号”任务火星探测器选择落在北半球的乌托邦平原。

    火星是离太阳第四近的行星,与地球邻近且环境最为相似,是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。国际火星探测已取得了丰富成果,发现了火星上曾经有水、甚至现在还存在水的若干证据,极大激发了人们在火星寻找生命的热情,也成为当前国际深空探测的热点。受天体运行规律约束,火星探测窗口每26个月一次,并且窗口时间较短。1996年以来,几乎每个发射窗口都有火星探测器发射,今年更是迎来了多国齐聚火星发射窗口,共同奔赴火星,开启深空探测的新高潮。

    从地球到火星最遥远的距离大约4亿公里,通信时延长达20多分钟,加上火星稀薄的大气、复杂的地形,给探测带来了极大的困难。据航天科技集团五院深空探测领域专家介绍,国际上对于火星的探测,起步于20世纪60年代,截至今年6月底国际上共发射了44个火星探测器,但任务成功概率只有50%左右。

    首次火星探测·火箭

    “胖五”助“天问”精准追星

    本报记者 张航 通讯员 姜哲

    昨天12时41分,震耳欲聋的轰鸣中,长征五号遥四运载火箭发射升空,成功将我国首次火星探测任务“天问一号”火星探测器送入预定轨道。这是长征五号系列运载火箭的第五次发射任务,也是首次执行应用性发射任务。“胖五”用最快速度、精准“追星”等强劲能力,送“天问一号”奔向火星。

    飞出最快速度

    每秒超11.2千米

    长征五号系列火箭由中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院抓总研制。有关负责人介绍,长征五号运载火箭是我国新一代大推力液体运载火箭,采用“两级半”构型,火箭芯级直径为5米,捆绑四个直径3.35米的助推器,全部采用液氢、液氧、煤油等无毒无污染推进剂;火箭全长近57米,起飞重量约870吨,起飞推力超过1000吨,地球同步转移轨道运载能力可达14吨,是目前我国运载能力最大的火箭。因为体型比其他长征火箭更加宽大,长征五号运载火箭也被亲切地称呼为“胖五”。

    根据发射任务要求,长征五号遥四火箭将托举“天问一号”任务火星探测器加速到超过每秒11.2千米,之后完成分离,直接将探测器送入地火转移轨道,开启“天问一号”奔向火星的征途。

    当航天器的速度达到每秒11.2千米的第二宇宙速度时,就可以完全摆脱地球引力,去往太阳系内的其他行星或者小行星。“此次发射火星探测器,是长征五号火箭第一次达到并超过第二宇宙速度,飞出了我国运载火箭的最快速度。”长征五号火箭总设计师李东说。

    “胖五”正式“服役”

    发射近5吨最重探测器

    此前,长征五号遥三火箭以及长征五号B遥一火箭发射是试验性质,主要任务在于考核火箭总体及各分系统设计方案的正确性和协调性、验证火箭技术状态和可靠性。

    长征五号遥三火箭和长征五号B遥一火箭连续发射成功,标志着长征五号火箭关键技术瓶颈已经完全攻克,火箭各系统的正确性、协调性得到了充分验证,火箭可靠性水平进一步提升。“此次执行应用性发射任务,意味着长征五号火箭正式开始‘服役’,进入工程应用阶段。”长征五号火箭总指挥王珏说,长征五号火箭已经具备执行国家重大航天工程任务的能力和条件。

    此次发射也开创了我国深空探测器重量的新纪录。此次发射的“天问一号”任务火星探测器重量接近5吨,由环绕器、着陆器和巡视器组成,比“嫦娥四号”月球探测器重了1吨多,是目前我国发射的重量最重的深空探测器。在世界范围看,达到这一重量的火星探测器也是屈指可数。

    一次发射“一步到位”

    14天设计42条发射轨道

    “依靠长征五号火箭强大的运载能力,我国行星探测之旅将站上一个新的起点,通过一次发射,实现对火星的‘绕、着、巡’三项目标,是起点很高、‘含金量’十足的‘第一次’,将使我国深空探测的脚步从月球迈向行星,正式开启行星探测时代。”火箭院党委书记、长征五号火箭第一总指挥李明华说。

    由于地球和火星的相对位置在不断变化,发射火星探测器相当于打“移动靶”,为了让探测器更加精确地入轨,研制团队进行了精细化的“窄窗口多轨道”设计,将每天30分钟的发射窗口细分成3个宽度10分钟的窗口,对应3条发射轨道,14天的窗口期内一共设计了42条发射轨道,创造了中国航天单次发射轨道设计数量的新纪录,并首次实现了发射轨道的自动切换。

    首次火星探测·远望号

    3艘“远望号”太平洋联手护送“天问”

    本报讯(记者 张航 通讯员 高超)昨天,我国用长征五号遥四运载火箭实施首次火星探测任务。记者从中国卫星海上测控部获悉,远望号船队3艘测量船布阵太平洋不同海域,圆满完成火箭和环绕器海上测控任务。

    昨天中午火箭起飞约6分钟后,作为陆海接力测控第一棒,远望6号船及时发现并捕获目标,完成火箭一级工作段末段及二级一次工作段的火箭测量和环绕器测控任务。随后,远望5号、7号船搭接依次完成测控任务,3艘远望号船持续跟踪目标飞行器近30分钟,为火箭一二级分离、二级一次关机、二级二次启动、二级二次关机、器箭分离等关键动作提供测控支持。

    任务中,3艘测量船发现目标及时,跟踪连续稳定,遥测、数传数据获取完整,并按规定与文昌航天发射指挥控制中心、北京航天飞行控制中心进行各类信息交换,圆满完成火箭和环绕器海上测控任务。

    远望5号船船长介绍,远望5号、7号船在南太平洋高纬度海域执行任务,任务海区海况复杂、气象条件多变,远望号船根据发射日时间范围,提前制定了不同条件下的航行测量工况,拟定了应急备用航线,关键时刻可以提供应急测控支持。

    此次任务,测量船队面临测控难度大、搭接跟踪要求高、窗口期时间短等诸多挑战,特别是测量船首次使用新频段测控雷达参试,任务前设备技术状态无法得到完全验证,测控难度和风险挑战非同寻常。为了攻克相关测控技术难关,早在3个月前,远望号船队就组织了各类联调演练,有效提高人机结合能力。航行中,他们深入开展技术交流对话、任务文书方案和岗位基础理论学习,全面强化参试人员技术状态掌握、应急情况处置和组织协同配合能力。

    年初以来,面对航天发射密集、疫情防控等情况,远望号船队尽锐出征、满格奔跑,参与完成2次火箭海上运输以及北斗、亚太等6次海上测控任务。中国卫星海上测控部相关负责人表示,从火箭运输到海上测控,5艘远望号船万里机动、默契配合,以无缺无憾的优异表现高标准完成了任务,助力我国首次火星探测任务完美开局起步,远望人在远海大洋见证了中国航天迈向更广阔的星辰大海。

    据悉,圆满完成“天问一号”海上测控任务后,远望5号、7号船将返回祖国,远望6号船将继续奔赴其他海域执行后续卫星海上测控任务。

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    “胖五”将迎高密度任务

    从2019年12月到2021年一季度,15个月间,长征五号系列火箭预计完成5次发射。

    目前已成功完成三次发射。

    2019年12月27日,长征五号遥三火箭成功发射。2020年5月5日,长征五号B遥一火箭首飞成功,标志着空间站阶段飞行任务首战告捷,为我国载人航天工程第三步发展战略奠定了坚实基础。2020年7月23日,长征五号遥四火箭将“天问一号”任务火星探测器送入地火转移轨道,宣告中国进入了行星探测时代。

    按照计划,长征五号遥五火箭也将在今年实施发射,将“嫦娥五号”探测器送入地月转移轨道,完成我国首次月球采样返回任务。2021年一季度,长征五号B火箭将再次出征,执行空间站核心舱的发射任务。

    本世纪第二个十年里,中国火箭的年均发射数量始终保持在较高水平,并已经在2018年和2019年连续两年发射数量居于世界第一位。其中以长征三号甲系列火箭、长征二号丙火箭为代表的“金牌火箭”完成了大部分发射任务。其中,新一代运载火箭的发射数量占比并不高。

    此次,长征五号系列火箭的高密度发射,传递出许多令人欣喜的信息。

    作为我国规模最大、组成最复杂的运载火箭,长征五号火箭的高密度发射意味着在产品生产、装配测试、技术管理、后勤保障等各方面的水平得到全面提升,具备更强的实施发射的能力。长征五号火箭成为新一代运载火箭中首个进入高密度发射的型号,也预示着新一代火箭正逐步走向舞台中央,为运载火箭实现更新换代奠定坚实的基础。

    未来,长征五号火箭会更加“忙碌”。长征五号B火箭将作为空间站建设的“专属列车”,在未来2到3年时间内相继完成空间站核心舱和实验舱的发射;同时,长征五号系列火箭突出的运载能力对于需要快速多星组网的卫星“星座”建设也意义重大,可以“一箭多星”,快速实现卫星“星座”部署。

    火星车加装“透视眼”

    可“观”地下数十米

    本报讯(记者 张航)昨天,我国首次火星探测任务“天问一号” 探测器在海南文昌发射场顺利发射升空。记者从中国科学院空天信息创新研究院获悉,探测器中搭载了由该院研制的火星车次表层探测雷达,将实现对火星表面以下10米甚至100米深度的内部结构“透视”。

    火星车次表层探测雷达是一种基于火星车平台的高分辨率次表层地质结构探测雷达,是实现火星探测工程科学探测任务的重要载荷之一。火星车次表层探测雷达可以探测巡视区表面土壤厚度、冰层结构,获取火星地表和次表层超宽带全极化回波数据;还可以探测巡视区次表层结构,获取次表层地质结构数据。

    此次“透视”火星,是国际上首次使用双通道多极化超宽带的次表层探测雷达对火星局部地区的土壤厚度、次表层岩石地质结构进行探测。