为何我国的“探火”任务非“胖五”莫属?

我国首个火星探测器“天问一号”蓄势待发。

被称作“胖五”的长征五号遥四运载火箭,垂直转运至我国文昌航天发射场的发射区,计划于近期择机实施我国首次火星探测任务即行星探测工程“天问一号”任务。

来自国家航天局的消息称,这次任务将是“胖五”的首次应用性发射,也是我国运载火箭首次执行地球—火星转移轨道发射任务。

那么问题来了,为何我国的“探火”任务非“胖五”莫属?

航天科普专家钱航告诉记者,我国火星探测器“天问一号”由环绕器、着陆器和巡视器组成,重量达到5吨左右。要把这样一个重量的飞行器送入奔火轨道,目前我国只能由我国现役最大的火箭长征五号担纲发射。

长征五号火箭2016年成功首飞,其外形巨大,总长约57米,箭体直径达到5米——此前我国现役火箭箭体直径最大的只有3.35米,因此被亲切地称为“胖五”。“胖五”不仅是我国目前最高、体积最大的火箭,也是运载能力最强的火箭。

钱航说,发射深空探测器,需要运载火箭提供足够的发射能量,使探测器获得足够大的初始速度。在分离速度确定的条件下,重量越大的探测器,所需要的发射能量也越大。

他告诉记者,在长征五号火箭出现之前,当时运载能力最强的长征三号乙运载火箭,大约可以将两吨左右的探测器送入地火转移轨道,而长征五号运载火箭的地火转移轨道发射能力,超过了5吨。所以说“探火”任务,只有“胖五”能够胜任。

据钱航介绍,人类探测火星的方式与探测月球的方式基本类似,包括环绕探测、着陆探测、巡视探测、采样返回探测和载人登陆探测等五种。这其中,采用环绕探测方式可以对火星进行整体普查甚至是全球勘测;采用着陆探测和巡视探测方式可以对火星进行区域性详查;采用采样返回探测和载人登陆探测方式可以对火星进行区域性精查。

不过,它们按前后顺序来说技术难度是越来越大,所以一般都采用循序渐进的方针,先进行环绕探测,然后进行着陆探测、巡视探测、采样返回探测,最终进行载人登陆探测等。

钱航说,截至目前,人类在探月的历程中,这些探测方式都采用过,但每次发射基本上只采用其中的一两种探测方式。与月球探测相比,由于火星和地球的距离比月球和地球的距离遥远得多,探测火星的难度也比探测月球的难度大得多。因此,至今人类对火星的探测只采用过环绕探测、着陆探测、巡视探测方式,未来的目标是对火星进行采样返回探测和载人登陆探测,但难度、投资和风险都将很大。

“一次发射完成多种探测的好处是可以‘少花钱,多办事’,但技术复杂,风险很大,所以一般很少采用。”钱航说,目前,只有美国成功实现过一次发射完成环绕探测和着陆探测。欧洲曾两次进行类似的火星探测活动,但都只完成了环绕探测,着陆探测均以失败告终。

如今,我国即将实施的首次火星探测任务,计划通过一次发射完成火星环绕、着陆和巡视三项任务,在钱航看来,“起点很高,同时也具有很大挑战性”。(记者邱晨辉)

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