古人稱火星為“閃爍”,表示戰爭和災難。有壹個成語叫“火星留在心宿二”,古書上經常記載。它指的是壹種罕見的天文現象。火星和地球繞太陽的角速度不同,有時會發生超車。從地球的角度來看,火星在天蠍座附近轉的時候,會出現壹會逆行,壹會前進的情況。古人認為這是不祥之兆,表示皇帝駕崩,宰相下臺。史記?《秦始皇傳》中有壹句話:“三十六年,火星留在心宿二”。在始皇帝去世之前,出現了“火星留在心宿二”的天文景象。
火星為什麽會引起人類探索的好奇心?喬瓦尼?意大利天文學家斯基帕雷利壹生都在觀察太陽系中的各種天體。1877年,他在望遠鏡中發現火星表面有許多“線形凹槽”,很可能是火星人修建的用來灌溉農田的運河。如何驗證猜測,光靠望遠鏡是不夠的。發射探測器近距離觀測最可信。
探測火星的方式和月球類似,分為五個環節。第壹步是環繞,探測器繞著火星轉,拍照片。第二步,著陸,探測器在火星著陸。第三步,巡邏,火星車著陸,環顧四周。第四個和第五個更難。首先,我們從火星上獲得壹些巖石和土壤進行研究,最後我們讓人類登陸。在探月過程中,五種方法都用過,而且都成功了。但是火星離我們太遠了。如果在地球上發射探測器,需要六個月才能到達火星。如果要飛回去,燃料不夠,太難了。目前沒有壹個國家能做到。
“田文壹號”將壹口氣完成環繞、著陸和巡視,這在航天史上尚屬首次。這是中國人的創舉,有很多挑戰要克服。首先,探測器攜帶的燃料有限,需要精確設計飛行路徑。其次,接近火星後,很難被火星捕獲並進入預定軌道。不好就過去了。探索任務的最大挑戰是著陸。探測器的速度從每秒4.8公裏降到零需要7分鐘,在此期間無線電指令的傳輸被延遲,無法精確控制。此外,天氣也會影響著陸,如果遇到火星風暴,可能會導致任務失敗。克服這些困難後,“田文壹號”踏上了火星之旅。它攜帶的科學儀器將探測火星的地形和土壤成分。
1960年,蘇聯第壹個發射火星探測器。到今年6月底,各國的勘探活動共進行了44次,成功的很少,失敗的最多。美蘇冷戰期間,發生了壹場激烈的“火星競賽”。5月,1971,短短30天,雙方連續5次展開。美國國家航空航天局的水手9號,後來者,成為第壹個火星軌道飛行器。註意,是第壹個“軌道器”,1964,美國的“水手4號”也到達了火星並與之擦肩而過,但沒有繞火星轉,所以不是軌道。如前所述,蘇聯首先發射了探測器。美國是如何成為第壹的?發射不代表成功。整個20世紀60年代,蘇聯的火星計劃都失敗了。
但這不代表蘇聯技術不行。金星是地球的近鄰,表面溫度高達500℃,大氣壓是地球的90倍,天空中經常下硫酸雨,是地球上真正的煉獄。美歐日只敢四處探查。壹旦它們著陸,高壓環境會瞬間壓碎探測器。有壹個例外,就是蘇聯。1970年,“金星7號”成功著陸,在高溫高壓下持續工作23分鐘。稍後著陸的“金星8號”不僅測試了土壤,還電視轉播了金星表面的陽光和雲層。
目前成功登陸火星的探測器有8個:海盜1、海盜2、探路者、機遇號、勇氣號、鳳凰號、好奇號、洞察號,都是美國制造。俄羅斯和歐盟都試圖著陸,但都失敗了。火星與地球之間的往返信號傳輸至少需要6分鐘,延時太長,指令無法及時發出。別人推了妳的水晶,妳還在打野。另外,探測器著陸時是自由落體。怎麽做才能安全著陸?三大法寶,反沖火箭,氣囊,空中吊車。
第壹種方式最簡單。在1976年,美國國家航空航天局發射的海盜1和海盜2使用了反沖火箭。探測器在火星軌道飛行壹段時間後,進入火星大氣層,打開降落傘,在即將著陸時,啟動反沖火箭,平穩降落。安全氣囊如何著陸?它包裹著火星車,在離地面幾十米的地方充氣,著陸時反復彈跳,實現緩沖。最黑的技術是“空中吊車”。火箭飛行器掛上探測器,安全著陸,然後剪斷掛繩飛走。2012年,美國國家航空航天局首次采用這種方法,向火星表面發送了900多公斤的好奇號。
發射火星探測器的關鍵是什麽?大推力火箭發動機。德國的V-2火箭發動機是美蘇航天技術的鼻祖。沒有它,加加林不能去太空,阿姆斯特朗也不能登上月球。二戰結束前,美蘇就開始在第壹時間制定如何奪取德國火箭技術和專家的計劃。聰明的美國人,壹進德國,馬上收集技術圖紙和科學家,只給蘇聯人留下火箭零件。
為了盡快修復V-2火箭,蘇聯人想出了壹個別出心裁的主意——“面包換技術”。雖然美國帶走了重要的火箭設計師,但火箭廠的工人還在,他們有豐富的制造經驗。戰爭剛結束,食物短缺。我們給這些人分發食物,並把他們招回工廠,幫助修復V-2火箭發動機。後來美國土星V的F-1發動機,蘇聯能源的RD-170發動機,都是V-2的弟子。
冷戰時期,美蘇爭奪科技霸權,航天技術突飛猛進。在意識形態的刺激下,兩國人民像打了雞血壹樣,支持政府大力投資火箭,發展航天器。從65438年到0966年,美國國家航空航天局的預算甚至占到了聯邦政府總預算的5%,這是非常高的。當時阿波羅飛船和土星五號火箭已經非常成熟。如果美國壹直不計成本的投入,在70年代真的有可能完成載人登陸火星。不幸的是,尼克松上臺後,面臨巨大的政府赤字,只能削減航天預算。為了向蘇聯人展示美國體制的優越性,必須勒緊褲腰帶搞航天。現在登月的目標已經實現了,沒必要再腫胖了。
美國國家航空航天局的預算被削減了,支出仍居世界第壹。2020年,特朗普撥款21億美元,超過其他國家航天預算總和。中國的預算只有美國的十分之壹,還有人認為登月沒用。航天技術已經滲透到生活的方方面面,全球定位系統、噴氣客機、遙感探礦技術得到廣泛應用。20世紀50年代,中國開始了太空探索。當時國內的原材料、半導體、儀器等行業幾乎是空白,航天項目推動了這些行業的發展。據中國航天科技集團公司統計,我國研制的1000多種新材料中,80%是在空間探測工程中研制的,近2000項空間技術成果已應用於國民經濟的各個行業。美國科技霸權是怎麽來的?壹個簡單的例子,商用GPS,提供全球定位服務,獲取利潤,然後支持技術研發。這是壹個完美的循環。中國有必要大力發展太空探索。
從蘇聯,到美國,到歐洲,火星之旅,輪到中國上車了。經過50多年的探索,火星只聽過英文問候語,而且都是美國的。但是在2021,它將迎來壹個會說中文的新夥伴,田文壹號。雖然前人的經驗告訴我們這條路並不容易,但中民的目標是星辰大海。