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      出發(fā),飛向火星
      ——“天問一號”的火星之旅

      2020-11-08 07:16:10南京市金陵匯文學校小學部王蕾
      科學大眾 2020年19期
      關(guān)鍵詞:胖五天問一號火星車

      文/南京市金陵匯文學校(小學部) 王蕾

      同學們,我們生活在一個充滿運動的世界,物體運動狀態(tài)的改變與力息息相關(guān)。在學習了蘇教版四年級科學上冊第3單元《常見的力》之后,相信你們對彈力、摩擦力、浮力這3種力有了更深的認識。

      力無處不在,常見的力除了以上3種以外,還有很多其他的力,這些力對我們的生活、生產(chǎn)有很大的影響。今天,就讓我們跟隨南京市金陵匯文學校(小學部)的王蕾老師,走近火星探測器——“天問一號”,一起來了解動力、阻力在火星之旅中發(fā)揮的大作用。

      嗨!同學們,我是“天問一號”。2020年7月23日12時41分,我搭乘長征五號遙四運載火箭,從文昌航天發(fā)射場成功升空,由此開啟了長達4億千米的旅途。知道我去哪里嗎?沒錯,去火星。

      為什么去火星?

      火星,這顆古稱“熒惑”的紅色星球,在漫長的歲月中與地球“相伴而行”。伴隨著科技的進步,人類對火星的認知不斷刷新:火星是離太陽第四近的行星,大小介于地球和月球之間;地表沙丘、礫石遍布,大氣以二氧化碳為主,密度僅為地球的1%,既稀薄又寒冷;與有著71%的海洋覆蓋率的地球不同,火星表面呈現(xiàn)出紅色,它最明亮的時候猶如一團火球;平均赤道半徑為3 398千米,體積為地球的1/7……火星上還有太多太多值得研究的地方。所以,我要去火星!

      去火星怎么走?

      為了順利到達火星,我還特地制訂了“旅行計劃”呢!

      第一步,我搭載長征五號遙四運載火箭發(fā)射升空,半個多小時后,在距離地面600多千米的太空中離開火箭,進入地火轉(zhuǎn)移軌道;第二步,在地火轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)歷約7個月的飛行,在地面測控系統(tǒng)的支持下修正飛行路徑,我的環(huán)繞器逐漸飛近火星,進入火星捕獲段;第三步,環(huán)繞器環(huán)繞火星飛行后,與著陸巡視器分離,進入任務(wù)使命軌道;第四步,著陸巡視器進入火星大氣層,經(jīng)過減速,著陸到火星表面;第五步,火星車駛離著陸平臺,開始火星表面巡視探測。

      哈哈,這些就是我的“火星五步走”計劃!

      “胖五”給我動力

      不過,去火星可不是一件容易的事。幸運的是,我有好朋友助我一臂之力,它就是“胖五”——長征五號運載火箭,它可是我國最高、體積最大、運載能力最強的運載火箭哦!我們知道,當航天器的速度達到11.2千米/秒的第二宇宙速度時,就可以完全擺脫地球引力,去往太陽系內(nèi)的其他行星。因此,第二宇宙速度也被稱為“逃逸速度”。長征五號運載火箭第一次達到并超過了第二宇宙速度,飛出了我國運載火箭的最快速度。

      “胖五”之所以能飛得這么快,是因為它有強大的動力?!芭治濉眱?nèi)裝有30臺發(fā)動機,分別是8臺120噸級液氧煤油發(fā)動機、2臺50噸級氫氧發(fā)動機、2臺9噸級膨脹循環(huán)發(fā)動機和18臺姿控發(fā)動機,它們?yōu)椤芭治濉碧峁┝司薮蟮钠痫w推力。其中,以8臺120噸級液氧煤油發(fā)動機為動力的4個直徑為3.35米助推器,是國內(nèi)目前最大的低溫液體助推器,它們是“胖五”起飛的主要動力源,所提供的起飛推力占90%以上。2020年7月23日,在海南文昌航天發(fā)射場,中國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器由長征五號遙四運載火箭發(fā)射升空

      供圖/視覺中國

      阻力也來幫大忙

      強大的動力可算是幫了我的大忙呢!但是,阻力也是“功不可沒”哦!要知道,我的著陸器的著陸時間一般僅有7分鐘左右,俗稱“恐怖7分鐘”,得名于火星著陸之難,其中的難點之一在于減速。剛進入火星大氣時,著陸器的速度可達每秒幾千米,7分鐘的減速之后,速度只剩下每秒幾米。如何在這么短的時間內(nèi)減速呢?阻力來幫忙!

      首先是“氣動減速”。火星的大氣層會產(chǎn)生阻力,著陸器的速度需要從4.8千米/秒降至460米/秒。但火星的大氣層特別稀薄,即便最大限度地利用氣體阻力減速,依然無法把速度降到理想狀態(tài)。所以,還需打開專門研發(fā)的降落傘,利用降落傘產(chǎn)生的阻力進一步減速,著陸器的速度下降到95米/秒。此時,要關(guān)注火星大氣層中風的大小和方向,因為風力太大會影響著陸點的精度,甚至影響著陸安全。

      其次是“反推減速”,想要著陸火星,必須自帶反推火箭,利用反推火箭產(chǎn)生的阻力減速。此時,著陸器的速度下降到3.6米/秒。

      最后是“懸停避障”,著陸器在距離火星表面不遠處懸停觀察,為選定著陸點做最后準備。

      成功著陸之后,我的火星車便開始了火星表面的巡視探測,還有不少的挑戰(zhàn)在等待著我呢!比如,火星光照強度小,加上火星大氣對陽光的削減作用,火星車的能源供給比較困難;火星上沙塵暴很大,是地球上12級臺風造成影響的6倍,飛沙會遮蓋火星車的太陽能電池板,使其無法正常工作……盡管面臨的挑戰(zhàn)前所未有,但我會勇往直前,完成我的火星之旅!

      親愛的同學們,一起為我加油吧!

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