几乎集齐人类所有降落技术！探测火星怎么这么难？

一次标准的霍曼转移轨道jWt安检之家
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3.轨道设计复杂。由于人类火箭依然只能局限于化学燃料,能力有限。探测器飞往火星之旅只能选择一个叫做“霍曼转移”的方式，一种变换太空船轨道的方法，或它的略微改进版方式——“快速合点航线”。但这个过程耗时普遍在6-11个月不等，远远长于地月之间的3天左右。jWt安检之家
同时，这些线路会受到太阳系内多个天体的扰动，还有太阳风、空间辐射等的复杂影响。此外，火星与地球并不处在同一平面内。深空探测任务往往“失之毫厘，谬以千里”，轨道设计难度可想而知。jWt安检之家
4.探测器必须功能强大。一方面，探测火星的成本极高，如果只是进行简单工程验证并不值得，必须搭载各种科学仪器才能换回相应价值。另一方面，由于距离问题，探测器的深空通信、自主导航制导控制和自我故障检测修复功能等必须独立且强大，这进一步推高了成本。jWt安检之家
5.抵达火星很难。探测器达到火星附近后，需要被火星引力俘获。相比较地球而言，火星只是个小不点，质量仅有地球的10.7%，引力影响范围很小，这要求探测器必须精准切入环绕火星轨道。同时，必须拥有强大的变轨能力，能完成改变轨道、大幅增加燃料需求。抑或是采取一种“刀尖上舞者”的方案：利用火星稀薄大气摩擦减速，这个方案是典型的“玩火”。NASA于1998年发射的“火星气候勘探者”号就不幸在大气摩擦减速过程中被焚毁。jWt安检之家
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切入环绕火星轨道时不小心“玩火自焚”的“火星气候勘探者号”任务（图源：NASA）jWt安检之家
6.需要复杂地面设施。火星探测任务非常遥远，且与地球通信时间极其宝贵，这要求地球上必须有全天域覆盖的强大深空通讯网络。jWt安检之家
因此，综合下来探测火星的难度极大，几十年来，火星探测成功的概率统计下来还不足一半。早期的成功率更是惨不忍睹，苏联在1960-1988年间进行了近20次探测任务，但没有一次取得完全成功。即便是后来占据领先地位的美国，也是在进入21世纪前后，才迎来比较稳定的成功。jWt安检之家
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Part.4jWt安检之家

降落火星，更是难于上青天jWt安检之家
而上述所说的，还仅仅是实现环绕火星的难点，要完成降落火星的任务，还需要克服一系列更复杂的问题。jWt安检之家
1.火星大气。火星仅拥有极其稀薄的大气，含量甚至不足地球海平面平均密度的1%，但它却成为让科学家又爱又恨的存在。jWt安检之家
爱在于：虽然大气稀薄，但不像月球一样近乎真空，科学家可以利用它产生的摩擦力对探测器进行减速。jWt安检之家
恨在于：它依然可以产生非常多的热量，高达2000摄氏度。但它的密度又不足以让探测器完全减速，到最后还是需要反冲火箭发动机长期工作以实现悬停、避障、降落，也就是中国本次试验的核心技术。jWt安检之家

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本次试验探测器在火星低重力环境下悬停jWt安检之家

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因而，一个火星着陆器既需要隔热罩隔绝热量，还需要配备减速、降落伞进一步减速，同时也要反冲发动机联合工作，几乎凑齐了人类现有的降落技术，整体设计难度陡增。jWt安检之家
2.能量来源。火星距离太阳更远，火星能接触的太阳能仅是地球的44%左右。由于长期风化，火星上沙尘非常细密，缺乏温室效应又导致火星不同区域气压差很大，进一步导致存在很强力的风，使得火星上经常出现沙尘暴，这也是导致去年“机遇号”火星车失联的直接原因。因而，火星着陆器要么选择太阳能，但要面对能量低、风险高的困难；要么选择极其昂贵的核电池，且由于火星夜晚过于寒冷，必须携带热源保温。jWt安检之家
3.通信问题。受限于着陆过程带来的巨大成本和能量问题，地面着陆器不可能携带强有力、大功率的通信天线，也基本不可能直接与地球联系，这意味着它和地球之间还必须有一个“烽火台”进行“传话”，要求必须在环绕火星轨道准备一个轨道器转发信号。jWt安检之家
4.自主导航。标准的火星着陆过程持续时间仅7分钟左右，这甚至不足以完成一次地火通讯，这意味着全程超过1000个动作的降落过程必须依靠探测器自主完成，对软件和硬件的要求极高。