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[材料一]

从国家航天局获悉,科研团队根据“祝融号”火星车发回遥测信号确认,5月15日7时18分天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。

凌晨1时许,天问一号探测器在停泊轨道实施降轨,机动至火星进入轨道。4时许,着陆巡视器与环绕器分离,历经约3小时飞行后,进入火星大气,经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲,成功软着陆于预选着陆区。两器分离约30分钟后,环绕器进行升轨,返回停泊轨道,为着陆巡视器提供中继通信。后续,“祝融号”火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。

我国首次火星探测任务于2016年立项,计划通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视探测。天问一号探测器于2020年7月23日在海南文昌由长征五号运载火箭成功发射,2021年2月10日成功实施火星捕获,成为我国第一颗人造火星卫星,2月24日探测器进入火星停泊轨道,开展了为期约3个月的环绕探测,为顺利着陆火星奠定了基础。天问一号探测器成功着陆火星,是我国首次实现地外行星着陆,使我国成为第二个成功着陆火星的国家。

(根据中国新闻网材料改写)

[材料二]

“祝融”探火

①在中国远古神话中,祝融是为华夏民族传下火种的创世祖神之一,教古人学会了用火。“祝融”这个充满文化色彩的称号,在全网投票中脱颖而出,成为中国首辆火星车的大名。2021年5月22日,“祝融号”火星车承载着无数中华儿女的梦想,安全到达火星表面,开始巡视探测。

②从外貌上看,“祝融号”就像一只美丽“蓝色闪蝶”,四只翅膀是用于能源供给的太阳能电池板。它重240千克,长3.3米,宽3.2米,高1.85米,携带多种科学载荷,可以全方位了解火星,并且回传珍贵的数据和照片

③据专家介绍,“祝融号”火星车由移动、天线、热控、供配电等10个分系统组成,具有四大主要动能:一是承受火星恶劣的气候考验,自主工作和休眠;二是适应火面地形,在火昼时完成火面感知、自主移动;三是在火星上进行科学探测;四是把探测数据传回地球。

④火星表面空气极其稀薄,保温效应有限,导致昼夜温差过大。大量的沙尘悬浮在空气中,每年都会出现风速高达180m/s 的沙尘暴。风暴、沙尘和低温对精密仪器是严峻挑战。“祝融号”采用防尘涂层、纳米级气凝胶和正十一烷集热窗等温控技术,确保安全无虞。对于旷日持久的沙尘暴和夜晚低于-100℃的恶劣环境,“祝融号”将自动进入“熄火”休眠状态,先躲过“风头”;等待条件适宜,可以实现自动唤醒,继续工作。

⑤火星地表遍布沙丘和砾石,随机出现的尖锐砂石会轻易破坏火星车的动力系统,对火星车造成巨大威胁。“祝融号”的机身被设计成了可升降的主动悬架结构,能够自由转向,六个轮子均独立驱动,多轮悬空的条件下依然能自由移动。在极端地形中,“祝融号”还能重新设计轮子驱动方案以实现“蠕动”“蟹行”和“踮脚”等复杂机械操作,成为一辆不折不扣的“火星六驱越野车”。

⑥“祝融号”携带了导航地形相机、多光谱相机、火星车次表层探测雷达、火星气象测量仪等6种科学载荷,进行科学探测。

⑦“拍照”是“祝融号”最核心的科学研究目标之一。例如,可拍摄火星高清广角大图的导航地形相机,能为我们带回火星“华丽苍凉”的场景;多光谱相机,可以详细分析地形、地貌和地质的具体情况,助力科学家研究火星表面演化的历史和未来。

⑧通过火星车次表层探测雷达,我们能利用“火眼金睛”一探火星土壤和浅层地下的结构,找寻那里暗含的奥秘;而气象测量仪,则能为“祝融号”提供各种气象数据,让我们了解这颗神秘行星的“呼吸脉络”。

⑨地火距离对于通信是个巨大挑战,信号衰减随着距离增加迅速提升。“祝融号”还时刻跟随火星自转,与地球沟通极为困难。“祝融号”不可能携带巨大的天线并提供足够能量供应,它通过天问一号的环绕器来实现信号中继。在正常运转时将所有宝贵数据储存起来,当环绕器飞临“祝融号”上空时,“祝融号”将信号上传并接收新指令,由环绕器直连地球。

⑩“祝融号”着陆火星,是我国在行星科学领域史无前例的突破,也为世界火星研究做出了巨大贡献。宇宙是个联系的整体,通过洞察这颗行星的奥秘,我们也能一探地球的过去和未来,迈向更远的星辰大海。

(综合整理自《人民日报》《北京青年报》等,有删改)

[材料三]

“天问一号”上的科技新元素

①“天问一号”成功着陆火星的背后,离不开大量科技新元素的支撑。

太空“千里眼”优势多

②火星和地球间距离漫长,通信存在一定时延,在地球上无法控制着陆过程,必须让着陆巡视器自主完成这段旅程,这对敏感器提出的要求极为苛刻。

③相控阵敏感器是位置和速度测量的重要仪器。在着陆阶段,为航天器持续提供高精度测量数据,成功助力着陆巡视器安全着陆火星表面。它安装在火星着陆巡视器进入舱着陆平台下方,作用范围达数十千米,可谓火星探测器的太空“千里眼”。

④相控阵敏感器的雷达天线由多个辐射单元组成,就像生物学中蜻蜓的复眼,具有波束扫描快、指向灵活、目标容量大、抗干扰能力强等特点。此外,相控阵敏感器具有提供9个方向的测量功能,航天器可切换其中任意4个方向同时测量距离速度信息,从而快速修正航天器的姿态测量误差,确保着陆巡视器方向控制准确无误。

⑤这是国内首次将相控阵体制雷达应用于地外天体着陆测量。

小型“传动器”作用大

⑥火星探测任务的重头戏就是在火星表面巡视,这个过程必须万无一失。但火星表面地形复杂,火星车如何准确传递运动指令,进而灵活行走、爬坡下坎呢?为了解决这一问题,科学家们从原材料、热处理、机械加工、精密测试与试验等基础方面入手,通过不断探索和开拓创新,一路闯过了多道难关,成功研制出火星车移动分系统核心传动部件——悬架减速自锁装置,确保了火星车在转向、过坡中更自主灵活。

⑦据介绍,在火星车左右两侧悬架上,分别装备了2种结构精密的悬架减速自锁装置。该装置体形小、重量轻,整套传动装置相互配合,使火星车6个行走车轮独立实现抬升和降落,实现车体姿态和高低调节,以适应火星表面地形,保证爬坡下坎行动自如。如果将火星车比作一辆马车,那么悬架减速自锁装置就是驾驭这架“马车”的“车夫”。

“超薄外套”脱颖而出

⑧火星着陆阶段,着陆发动机产生的热量会使周围温度超过1000℃,而在火星巡视阶段,着陆器将要面对-130℃的工作环境,这种极热极寒考验超出了世界上常规隔热保温材料一气 凝胶的耐温极限范围。更难的是,为给火星车减负,需要气凝胶具有超低密度,这对材料设计和制备都提出了巨大挑战。

⑨为确保“天问一号”探测器成功降落火星并正常工作,火星车采用了一种新型隔热保温材料一纳米气凝胶。纳米气凝胶是由纳米尺度固体骨架构成的一个三维立体网络,密度可做得比空气还低,是世界上最轻的固体;导热系数仅为静止空气的一半,也是世界上导热系数最低的固体。这使它成为“天问一号”应对极寒、极热严酷环境所需防护材料的不二之选,且凭借其超轻特性,能极大地减轻火星车的负担,让它跑得更快、更远。

⑩当然,以上三种只是“天问一号”上众多科技新元素的一小部分,我们期待着“天问一号”上更多的科技新元素被解锁。

(选自《解放军报》,有删改)

[材料四]中国国家航天局深空探测总体部部长耿言曾介绍,人类的探火史大致分为三个发展阶段(见下表)。人类迈出探索脚步的国家只有美国、前苏联、俄罗斯、欧洲、中国、日本和印度。迄今,在44次探索任务中,只有20余次完全或者部分实现了目标,能够着陆火星并成功开展探测任务的仅为个位数。其中,美国的四次探索任务分别创造了人类第一次成功接近火星、绕飞火星轨道、着陆火星、开展火星地面探测的历史。中国是人类历史上首次一次性完成了“环绕、着陆、巡视探测”三大目标的深空探索的国家。

(选编自《中国新闻周刊》)

阶段.

时间

方式与任务

第一阶段

1960年~1970年

火星飞越探测,传送火星图片与探测大气参数。

第二阶段

1970年~1990年

展开轨道环绕与着陆探测。

第三阶段

1990年至今

展开着陆巡视探测,寻找火星水存在的证据和生命迹象。

知识点
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