登陆月球和登陆火星,哪个更难? 月球与火星比较

有人说,火星上有大气,登陆火星可以利用降落伞减速,月球上是真空,无法利用降落伞,从这个意义上说,登陆月球比登火星更难。

登陆月球和登陆火星,哪个更难? 月球与火星比较

因为40多年前,人类已经成功地登上月球。人要登陆火星,虽然最近因美国的‘好奇者’火星车成功登陆火星,又一轮火星热被 掀起来了。但真要实现载人登陆火星,最快也是二、三十年以后的事,或许更长的时间。这已经回答了登火星比登月球难的问题。

从地球上出发,到月球距离只有38万公里,飞船加速到40000km/h以上,这个速度足以摆脱地球的引力,飞行77小时后可以到达月球。从地球出发飞往火星,为了脱离地球的引力,飞船也需要加速到11.2km/s以上,飞船必须附加一个巡航级的火箭动力装置,中途几次调整航向。使飞船精准地飞赶到火星,需要经过8个多月的漫漫历程,飞越5亿多公里才能到达火星。

如果是载人登陆,宇航员的生命保障系统登火星比登月复杂得多,无论宇航员往返1年半以上的时间需要消耗的生活必需品,都比登月往返只有一周时间的消耗大许多,相关的生命保障设备也沉重许多。所有这些归结到任务的有效载荷的体积、重量的增加,对于同样人数的宇航员,登火星比登月需要更大推力的运载火箭。训练登陆火星的宇航员比登月的宇航员难度要大得多。

伞降技术回收地球卫星几乎是从刚发射第一颗卫星就开始研发,已经有几十年的应用历史,技术相当成熟,可是至今还公认,回收飞船进入大气到降落着陆,仍然是整个任务中风险最大的一段。

撇开载人登陆不谈,无人探测器登陆火星,无疑也比登月难。我们不妨简单介绍美国最近成功登陆火星的‘好奇者’火星车的软着陆过程,可以说明复杂的情况。

运载火箭将飞船送到飞向火星的轨道后,飞船还包括三大部分:搭载‘火星科学实验室’的好奇者火星车;再入、下降、着陆(EDL)的设备系统;将飞船从地球到火星沿途几次机动操纵提供动力的巡航级。这三部分总重量为3893kg,巡航级重量539kg,EDL系统设备重量占比例最大,有2791kg(2401kg+390kg(推进剂)),好奇者火星车899kg。好奇者火星车降落操纵步骤如下:

-‘好奇者’漫游车与降落伞、减速控制火箭一起封装在太空舱飞船里,到达火星区域的速度约为8000英里/小时(3.6km/s)。飞船准备完成再入大气,下降和着陆,

-飞船准备降落前,火星车与巡航级分离。飞船进入制导和准备再入大气阶段,此时飞船距火星地面高度约1600km,速度约5.1km/s,

-从飞船中弹出钨金属块,成为飞船的配翼,改变飞船重心,飞船高度约1400km,

飞船受火星引力影响,速度加大,以约5.8km/s的极高音速继续下降,进入火星上层大气,飞船表面产生巨大热量,防热层温度上升。防热层的传感器开始测量温度。

-根据空气动力学原理,重心偏置的外形为锥形的飞船受气动力作用,保持一边压力较低,产生升力,飞船平行减速滑行一段,侧面的推进器点火,控制舱体落向预定的着陆点。

-飞船继续下落,大约降落到30-26km高度,受大气阻力作用,飞船速度有下降,约为5-4.6km/s,飞船体外壳防热层达到2100oC的最高温度。飞船内部保持10oC的温度。

-飞船速度继续下降,飞船下降到18km高度,大气摩擦继续降低速度到2.7km/s,这区间飞船抛弃重力偏置配重。

-飞船下降到13-11km,减速幅度最大,降落伞打开。飞船下降速度仍超音速。火星降落伞与地球轨道回收用的降落伞有较大区别,以好奇者火星车为例,降落伞有~16米口径,长度~50米,设计这种降落伞能够在2.2马赫的高速度下降的环境中工作,能够承受9个G的重力加速度。虽然火星大气稀薄,密度只有地球大气的1%,压力也只有地球大气压的十分之一,但在这个速度下,也能产生65000磅的阻力(~30000公斤)。

-大约离火星表面8km高度,飞船速度降低到170m/s,飞船底部防热罩分离。

-5秒钟后,飞船上的雷达高度计通电工作,开始计算下降速度和离表面高度,以便确定动力下降反推火箭(天空吊车)的点火时间。点火太早,火箭燃料不够,飞船最后有一段硬着陆。点火太晚,吊车来不及将火星车放到位置。

飞船下降速度继续降低。

-大约飞船下降高度1.6km,在防热罩分离80秒钟以后,降落伞带着飞船的背面外壳与下降级分离,这里下降级只包含反推火箭包和轮子折叠的好奇者火星车。下降级先自由下落,速度大约90m/s。接着反推火箭的8台推进器同时点火。机动操纵下降级远离降落伞,避免搅在一起。

-离火星表面大约200m高度,天空吊车开始工作,三条尼龙绳和一条控制电缆吊着火星车慢慢放下来,下降到离火星表面15m的高度,关闭4台火箭推进器,吊绳伸展到最大长度(7.5m),反推火箭继续放慢下降速度,大约达到0.667m/s,吊绳吊着展开轮子的火星车慢慢放到地面上。缆绳‘感测’到重量减小,知道火星车轮子着地。等待几秒钟,然后发出指令切断缆绳,天空吊车的4台火箭推进器继续工作,将它推到500米以外的安全距离后落地。

对于月球这种没有大气的星球,飞船的降落过程操作还简化一些。飞船下降经过反推火箭点火脱离轨道,减速唯一依靠反推火箭的控制下降速度,当然下降过程的姿态控制也是不可少的。没有打开和抛弃降落伞等复杂的操作,由于月球周围没有大气,下降也不会在飞船表面产生高温,简化了登月舱表面的防热措施。但这种情况由于反推火箭连续工作,要求消耗比较多的燃料。

距离问题也是增加登陆难度的因素,电磁波从月球传到地球的时间只要1秒多钟,飞船登月过程地面控制中心可以进行几乎是实时的监视和控制,在一定时间范围内控制中心可以对应急事件采取预案措施,从而避免发生灾难。火星的情况就不同了,登陆情况的数据、图像传回地球需要十几分钟。所有复杂的操作过程都必须事先编程存入飞行控制计算机,然后全自主的自动执行。地面控制中心只可能等待十几分钟前发生的事情结果,复杂的下降过程稍有意外,地面控制中心中途没有任何干预的可能。成功或失败都只有接受。所以,无论从哪个角度讲,登月都没有登火星难。

世界各国发射的登陆火星的探测器已经有18次之多,成功的只有8次。最容易出问题正是着陆前7分钟,人们把登陆火星前7分钟称为‘恐怖的7分钟’,说明登陆火星的难度。

  

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