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1、火星落迁移宫
火星落迁移宫
◎ 谢攀 科技日报记者 付毅飞
2020年10yuè9日23时，在我国首次火星探测任务飞行控制团队控制下，天问一号探测器主发动机点火工作480余秒，顺利完成深空机动。此次轨道机动在距离地球大约2940万千米的深空实施。
探测器调姿示意图
探测器深空机动轨道示意图
记者从中国航天科技集团八院了解到，对于“天问一hào”火星探测任务，此次变轨意义重大。至此，探测器的飞行轨道变为néng够准确被火星捕获的与火星精确相交的轨道。探测器将在当前轨道飞行约4个月后与火星交会，期间将实施两到三次轨道中途修正。
探测器深空机动轨道示意图
深空机动是什么？与轨道修正区别在哪？
航天科技集团八院火星环绕器团队介绍，深空机动是指在地火转移段实施的一次变轨机动。通过深空机动可以改变探测器原有的飞行速度和方向，使其能够沿着变轨后的轨道顺利飞行至火星。
执行深空机动是运载入轨弹道和地火转移轨道联合优化的结果，能够提升运载的发射能力、增加探测器的发shè质量，使探测器可以携带更多的推进剂，更好地完成探测任务。与速度增量较小，发动机工作较短的常规中途修正不同，深空机动过程中，探测器由发射入轨的逃逸转移轨道变轨为精确到达火星的轨道，速度增量大，发动机工作时间长，对探测器控制和推进系统提出了极高要求。
深空机动的3大好处
通过使用深空机动进行轨道设计和轨道控制，八院火星环绕器团队不但成功增加了探测器的推进剂xié带量，还实现了3方面目标。
首先，深空机动将一个大的捕获速度增量分解为两次相对较小的速度增量，有利于减小发动机单次工作时间，保证发动机工作的可靠性。
同时，深空机动的实施有利于3000N发dòng机的标定，过程中可对3000N大发动机进行推力和比冲标定，而精确的发动机标定参数可以更好地确保火星捕获的精度。
通过深空机动，八院火星环绕器研制团队实现了对探测qì到达时间的优化，能够得到更加有利的捕获点处的光照条件和通信条件，也使捕获时探测器经历的火影时间（探测器进入太阳光被火星遮挡的阴影区）和通信盲区时间更短。
如何实现深空机动？
执行深空机动任务需要八院火星环绕器团队根据预定到达火星时间、轨道参数与即时测控定轨参数制定深空机动变轨策略，完成对应的探测器姿态和轨道控制，确保探测器在深空机动后处于与火星精确相交的轨道上。
为了完成地面测控精密定轨和器上精确自主轨道控制，本次深空机动中，地面对探测器的定轨任务由我guó深空测控站和天文台共同完成，准确保证了探测器变轨的精密定轨需求。为了能够精确自主控制轨道，火星环绕器装备了高精度陀螺、加速度计以及具备故障识别与自主处理能力的器上计算机，充分保证了轨控的精度和可靠性。
瞄准3亿公里之外
本次深空机动中，环绕器瞄准的制动捕获时火星的位置距离环绕器约3亿公里远，误差控制约200公里，相当于北京到上海约1200公里距离中瞄准一个直径约0.8米的目标。
在八院火星环绕器团队的不懈努力下，此次深空机动控制的实际精度优于设计指标。
后续，团队将根据探测器实际飞行状态，迭代优化中途修正策略，利用中途修正持续对到达火星的轨道再进行精确修正，保证探测器能够按计划准确进入火星捕获走廊，被火星引力捕获进入环火轨道，开展着陆火星的准备和后续科学探测等工作。
来源：科技日报 文中图片由李贵良制作
审核：王小龙
终审：冷文生
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来源： 科技日报
紫微斗数命主文曲身主火星求解！
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怎样改造火星才能实现移居？
火星的自转周期几乎与地球一样，这意味着人类在火星上生活，生物钟不会受到太大的影响，可以较快dì适应火星上的作息时间。但是，移居火星和载人探测不同，载人探测可以备足氧气、水和食物，但移居火星则必须尽量利用火星上的资源实现自给自足，否则即便不计成本也无法满足chí续的消耗。所以我们必须改造火星，以解决太空探险者们的衣食住行问题。
【改造火星大气环境】
目前移居火星所面临的主要问题是火星表面温度和大气压都太低。只有改善了火星的地表环境之后，人类才可以在火星上发展农业和工业，将火星改造为适宜人类生存de新家园。当rán，对火星进行全面的dà气改造是比较困难的，而通过先建造类似温室大棚室的小居所，然后再逐步开疆拓土，更大范围地改造火星的大气可能是必由之路。
【找到水的来源】
最初的火星移民可以和空间站里的航天员一样，使用太空循环水。这种水是由收集来的站内空气中的水分等，使用特制的水循环设备，经过多道程序处理，最终制备出的可饮用水。但对于火星移民来说，太空循环水显然不是长久之计。火星移民必须在火星上找到足够的水源来维持生存和可持续发展。好消息是，火星的两极地表和中纬度的地下土壤中都有hěn多水，可以方便使用。
【找到合适的建筑材料】
用什么盖房子呢？火星表面的石块和土壤可能是优先考虑的建材，但操作有难度，现在十分热门的3D打印技术将给火星移民带来福音。3D打印是快速成型技术的一种，它是yī种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，被广泛用于工业设计、土木工程等领域。科学家们设想它是否也能在火星上进行类似的工作，建立起一个火星基地。未来人们可以用3D打印技术以火星上最为常见的砂砾、尘土作为原材料，将建筑物或其零部件打印出来。
【生产粮食，发展畜牧业】
种植苔藓和地衣。最初的植被种植可与火星大气环境的改造同步进行。当火星表面局部地区的环境达到类似地球上海拔5千米高山上的大气环境时，我们就可以试着在火星上种植一xiē地衣和苔藓。苔藓和地衣将逐渐钻入岩石内部，释放酸性物质，使岩石分解，岩石屑掉落在地面上，变成新的土壤。苔藓和地衣néng忍耐强辐射和低温环境，而且只需要极少的水分，更重要的是：它们会进行光合作用，制造有机物，并释放氧气。这将反过来促进火星大气环境的改造，为接下来的阶段打好基础。
①种植其他植物。随着这些苔藓、草本植物的生长和死亡，土壤将变得更加肥沃，土地也将更加湿润。接下来，我们便可以种植草本植物、灌木甚至耐寒的针叶乔木，如松树。据科学家研究，5摄氏度是地球上最坚韧的松树平均所能承受的最低温度。当火星上局部地区的温度能长时间保持在5摄氏度以上时，就可以试着在火星上种植耐寒的松树。火星上有四季变化，但火星上的每个季节比地球上长两倍，因此像松树这样的常青植物更适合在火星上生长。而且松树是借助风力传粉的，不需要专门选育、输送传粉昆虫到火星。
②人工合成淀粉。在火星种植出大米，可能需要很久的时间。不过，中国科学家在人工合成diàn粉方面取得重要进展，他们不依赖植物光合作用，以二氧化碳、电解产生的氢气为原料，成功生产出淀粉。随着合成淀粉技术从实验室走向工业化，或许未来在huǒ星上可以直接用二氧化碳、水和电能合成淀粉，供航天员或火星养殖业使用。
③喂养合适动物。有淀粉作为饲料，畜牧业就很容易发展了。不同动物增重一公斤所消耗的饲料是不同的。有数据显示，每增重一公斤，白羽鸡需消耗1.8斤饲料，黄羽鸡需消耗2.5斤饲料，猪需消耗2.7斤饲料，而牛zé需要消耗7.5斤饲料。因此应当优先喂养转化率高的动物，如鸡、猪等，以充分利用有限的淀粉资源。到那时候，就能在火星上吃新鲜肉啦！
④制造人造肉。畜牧业并不是人类在火星取得肉食的唯一途径，人造肉的研究使人类有了新的肉食来源。人造肉是利用动物干细胞制造的。2011年，科学家yòng糖、氨基酸、油脂、矿物质和多种营养物质“喂养”干细胞，让它不断“长大”，变成许多“肉条”，每条长约2.5厘米，宽不足1lí米，薄得近乎透明。把大约3000条这样的肉条堆在一起，就可以做成一个人造肉bǐng。等人类正式定居火星时，人造肉技术将更加成熟，生产效率将进一步提高。人造肉不仅营养丰富，而且口感美味，还能解决动物保护问题。同时，人造肉技术还能为火星移民节约土地、水资源和粮食。
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人类怎么返回火星？
在火星的任何旅程返回之前，人类必须克服许多shì情。美国宇航局（NASA）和太空探索技术公司（SpaceX）是两个主要参与者，它们在进行国际空间站的任务时密切合作，但对火星载人飞行任务的模式却有相互竞争的想法。
大小事项
最大的挑战（或约束）是旅途所需的有效载荷（航天器、人员、燃料、供应品等）的质量。
我们仍然在谈论将某物发射到太空中，就像发射费用跟同等重量的黄金费用一样。
有效载荷质量通常仅占运载工具总质量的一xiǎo部分。
例如，将阿波罗11号发射到月球的土星V火箭重达3000吨。
但是它只能向低地球轨道发射140吨（占初始发射质liàng的5％），向月球发射50吨（小于初始发射质量的2％）。
质量限制了火星飞船的大小及其在太空中的作用。每次机动都需要花费燃料来发射火箭发动机，并且这种燃料目前必须被航天器带dào太空中。
太空探索技术公司（SpaceX）的计划是通过单独发射的加油机在太空中为其载人的星舰飞行器加油。这意味着与单次发射相比，可以将更多的燃料带入轨道。
时间很重要
与燃料紧密相关的另一个挑战是时间。
将没有载人的航天器送往外行星的飞行任务通常绕着太阳绕着复杂的轨迹飞行。他们使用所谓的引力辅助演习在不同的行星上有效地弹弓，以获得足够的动量来达到目标。
这样可以节省大量燃料，但可能会导zhì任务花费数年才能到达目的地。显然，这是人类不愿做的事情。
地球和火星都有（几乎）圆形轨道，这种称为霍曼转移的机动是在两颗行星之间行驶的最省油的方式。基本上，无需赘述，这是航天器一次燃烧从一个行星到另一个行星的椭圆形转移轨道的地方。
霍曼转移在地球和火星之间的转移大约需要259天（八个月至九个月），并且由于绕地球和火星的太阳轨道不同而可能每两年只能进行一次。
一艘太空船可以在更短的时间内到达huǒ星（SpaceX声称要六个月），但是——您猜到了，这样做会花费更多的燃料。
安全着陆
假设我们的航天器和乘员到达火星，下一个挑战是降落。
进入地球的航天器能够利用与大气相互作用产生的阻力来减慢速度。这样可以使飞船安全降落在地球表面（前提是它可以承受相关的加热）。
但是火星上的大气层比地球薄约100倍。这意味着拖动的可能性较小，因此如果没有某种帮助就无法安全着陆。
一些任务使用安全气囊实现成功降落（例如NASA的Pathfider任务），而其他任务则使用了推进器（NASA的Phoenix任务），后者再次需要更多的燃料。
火星上的生活
火星的一天持续24小时37分钟，但与地球的相似之处到此为止。
火星上稀薄的大气层意味着它无法像地球一样保留热量，因此火星上的生活的特征是经受火星昼夜循环中温度的极端值。
推进器降落在火星上。
火星的最高温度为30℃，听起来很愉快，但最低温度为-140℃，平均温度为-63℃。地球南极的冬季平均温度约为-49℃。
因此，我们需要对我们选择在火星上生活的位置以及夜间如何管理温度保持高度的选择性。
火星的引力是地球的38％（因此您会感到更轻），但空气主要是二氧化碳（CO 2）和百分之几的氮，因此它是完全不能呼吸的。我们将需要建立一个只能居住在这里的受气候控制的地方。
太空探索技术公司（SpaceX）计划发射几次货运航班，包括诸如温室、太阳能电池板等关键基础设施，以及（您猜对了）用于返回地球的燃料生产设施。
火星上的生命将成为可能，并且已经在地球上进行了几次模拟试验，以了解人们如hé应对这种存在。
回到地球
最后的挑战是返回旅程，如何使人们ān全返回地球。
阿波罗11号以大约40,000 km / h的速度进入地球大气层，这刚好低于逃离地球轨dào所需的速度。
从火星返回的航天器的重返速度将从47，000公里/小时到54，000公里/小时不等，这取决于它们到达地球的轨道。
在进入大气层之前，它们可以减速到环绕地qiú的低轨道，速度约为28，800公里/小时，但——你猜对了——它们需要额外的燃料来做到这一点。如果它们只是进入大气层，燃料将为航天器进行全程减速。我们只需要确保重力不杀死宇航员或由于过热而烧毁航天器即可。
这些只是火星任务面临的一些挑战，实现这一目标的所有技术基chǔ都在那里。我们只需要把时间和金钱都花在一起。回到地球
最后的挑战是返回旅程，如何使人们安全返回地球。
阿波罗11号以大约40,000 km / h的速度进入地球大气层，这刚好低于逃离地球轨道所需的速度。
从火星返回的航天器的重返速度将从47，000公里/小时到54，000公里/小时不等，这取决于它们到达地球的轨道。
在进入大气层之前，它们可以减速到环绕地qiú的低轨道，速度约为28，800公里/小时，但——你猜对了——它们需要额外的燃料来做到这一点。如果它们只是进入大气层，燃料将为航天器进行全程减速。我们只需要确保重力不杀死宇航员或由于过热而烧毁航天器即可。
这些只是火星任务面临的一些挑战，实现这一目标的所有技术基础都在那里。我们只需要把时间和金钱都花在一起。
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