“好奇”号到火星有多难

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  美国航空航天局的“好奇”号,经历8个多月的漫长旅程,于2012年8日6日成功着陆火星。长久以来,美国航空航天局一直笼罩在大幅削减预算的低迷气氛之中。这次的火星探秘之旅,终能得以扬眉吐气。
  登陆火星,到底有多困难呢?首先来谈谈火星与地球间的距离。如以光行时间来表述,则会看到比较实际的数字。在1秒时间内,光可以绕行地球表面7.5圈,这与地球到月球的距离相接近。从地球到太阳表面,光行时间约需8分钟,约为地球到月亮距离的500 倍。
  火星与地球间的距离,会随着两者绕日运行的相对位置而变化:最远的光行距离是22 分钟,最近的光行距离是3分钟。“好奇”号登陆火星选择的位置,两星球间相距15分钟的光行距离,也就是从地球到月亮的行程的900 倍左右。哇,真远!
  以上,只是从距离来看。倘若从技术上来看,那将会有多困难呢?我不是太空专家,无法详细说明这一趟太空之旅,但我可以用物理力学的原理给大家分析一下。当“好奇”号抵达火星预定的轨道时,它的速度、飞行角度、与火星间的距离,都必须根据牛顿力学定律精确计算。只有这样,火星引力方能刚好“抓住”“好奇”号,使它在预定的轨道上环绕火星飞行。
  若火星引力过强,“好奇”号将会坠向火星;反之,若引力稍弱, 则会因为抓不住“好奇”号,使它离火星而去,奔向无垠浩瀚的太空。那么,这类情况发生时,远在地球的太空控制中心可否实时发出信号,来调整飞行器的状态呢?很抱歉,远水难救近火!信号一来一回约需0.5小时,太久了!所以,一切都要依靠飞行器本身的软、硬件,实时自行抢救,迅速处理。
  将探测器送上火星要比将它送上月球艰难得多。从历史上送探测器上月球的例子,可以一窥其难度。从1961年起,人类总共送出了若干枚月球探测器,依次被命名为“徘徊者1”“徘徊者2”……“徘徊者1”“徘徊者2”探测器是绕着月球轨道运行。从“徘徊者3”开始,他们让探测器“自杀”式地(受制于月球引力)朝着月球壮烈地冲去,在俯冲的过程中拍摄月球的容貌,并将照片传回地球。前六架“自杀机”,全都“壮志未酬身先死,长使NASA (美国航空航天局简称)泪满襟!”第七架“自杀机”“徘徊者7”终于在坠毁之前,成功地传回7000 多张照片。
  美国航空航天局在兴高采烈之余,一直在思索:这一回为什么能够这么顺利呢?不久,有人发现,当“徘徊者7”不顾一切地向月球投怀送抱时,月球任务控制中心的一位工作人员在不停地啃花生,企图压制他紧张的心情。大家推测,大概是这个不寻常的举止带来了好兆头。此后,每当执行外层空间任务时,都会有人带花生来啃,而且不会有人反对!
  从以往的火星探秘之旅也能体会进行火星之旅的困难程度。1960 年初期,火星探秘之旅拉开了序幕,是苏联先发动的。到1971 年,他们在11个年头中总共尝试了11 次,基于种种原因一一铩羽而归。事实上,所有探测器都是“有去无归”。1971 年,科学家好不容易成功地送上一枚绕行火星的飞行器,也将登陆车送上了火星,然而登陆车仅仅存活了短短的20 秒就香消玉殒了。1973 年,苏联宇航局又送上了一枚绕行火星的飞行器,它终于传回60 张照片。但是很不幸,这枚飞行器也只维持了短短的9天就一命呜呼了!到1996 年为止,他们先后尝试了数次火星探秘之旅,依然是全军皆没、灰头土脸!
  在火星软着陆的难度比在地球上大百倍以上。这是因为火星不像地球,没有由氧、氮及充沛的水汽等组成的大气层。由于火星质量轻、引力弱,其大气层非常薄。因此,要等到“好奇”号到达很低的低空时,降落伞才能启用,留给开伞的时间非常短,而火星大气能提供的浮力也很微弱。
  在火星引力的作用下,“好奇”号迅速向着火星飞奔而去,在抵达火星大气层的顶部时,其速度已经达到每秒5.9千米,是现代步枪子弹刚出枪口时速度(每秒1.2千米)的近5倍。而“好奇”号本身的质量与汽车不相上下,要使它在到达火星表面前减速到零,是一项极具挑战性的工作。
  2004 年着陆火星的登陆车“勇气”号,是包裹在一个巨大的气球内着陆的,依靠气球的弹性缓解着陆时遇到的碰撞。经过多次弹跳之后,“勇气”号终于成功着陆。“勇气”号最后一次与地球通讯是在2010 年,此后便失去了联络,这比美国航空航天局预估的寿命长了20倍。2011 年,美国航空航天局最终放弃了使它复苏的尝试,还一本正经地为它举办了一次告别仪式,犹如对待一位忠贞的烈士。
  以往的火星登陆车如微波炉般大小,而“好奇”号体积大质量重,好比一辆SUV,因此不能故技重施,采用弹跳的方式着陆。美国航空航天局采用了一连串的手法。整个着陆的过程,像耍特技一样,绝招一环扣一环,任何一个小环节出错,都会全盘皆输。当它成功着陆时,那些控制中心的人像小孩子般高兴得又蹦又跳。局外人很难体会他们一路走来的艰辛,以及成功的喜悦。“好奇”号登陆成功之际,恰逢美国经济危机。一位记者在报刊上感叹地写道:“美国有这么多绝顶聪明的科学家与工程师,完成了如此艰巨的任务,为什么对简单的国家经济问题却束手无策呢?”
  除了美俄两国之外,日本也于1998 年尝试过一次火星之旅,但饮恨失败。2003 年,欧空局也尝试过,虽然飞行器成功地实现了绕着火星的飞行,但是登陆车依旧失败了。
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