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- 咖啡知识
- 13天前
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火星之前是我们唯一登陆过的地方,宇宙飞船是月球,而地球虽然这确实带来了挑战,我们已经为两者制定了很好的策略。
降落在地球上的困难之处在于浓厚的大气造成与来袭航天器的剧烈摩擦和高温,但我们用防热罩解决了这个问题。除了那厚厚的大气层,这也意味着降落伞是有效的。
很好,月亮正好相反,它几乎没有大气层。怎样才能解决热问题?但这也意味着降落伞不起作用,我们必须用复古火箭着陆,在飞船下面发射的小火箭减缓下降速度。
与此同时,火星是一个完全不同的野兽,它带来了着陆的所有挑战,地球和月球,但没有任何真正的好处。
它的大气层比地球稀薄 100 倍,这意味着降落伞不能抓住足够的空气,完全让飞船减速,但不像月亮,也有足够的大气产生问题,就像摩擦产生空间一样。岩石和古老的卫星在地球大气层中燃烧,进入火星大气层的太空探测器温度能超过 2000 摄氏度吗?温度足以熔化铁,然后几乎所有其他金属都是如此。
所以价值数百万美元的机器,我们把它送到火星需要严格保护,防止被炸。那么你是如何得到一大块昂贵又沉重的金属?以每小时数万公里的速度行进,轻轻地停在另一个世界的表面上,有很多的创造力和可能喝了很多咖啡。
每一次登陆火星的任务都是从一个叫航空表演的东西,保护货物的特殊胶囊,抵御酷暑。
它的外层充满了一种物质,被称为消融,这是在 20 世纪 70 年代发明的海盗号火星登陆器,它在某种程度上与火星大气发生反应,这样可以去除热量,然后留下毒气的痕迹。它变得很热,发出红色的光,但是在胶囊里货物保持比室温低一点。
接下来,摩擦使物体减速到 1600 千米,每小时一个降落伞打开,部分外壳脱落了。令人惊讶的是,工程师们仍然在使用降落伞,类似于为维京号着陆器设计的。比起 40 年前,它是由尼龙和聚酯制成的,用同样的材料做的绳子,防弹背心,这使得它非常坚固和轻便,这一点非常重要。
考虑到飞船仍在移动,当它展开时能达到超音速,虽然这还不够,让宇宙飞船一路减速,几分钟后确实有帮助。降落伞把飞船降到了几个高度,百公里每小时,然后被丢弃,这才是真正有创意的地方。
没有任何一种任务是完全相同的,工程师们不得不想出,engineers have to come up with,每艘飞船都在地面上。上世纪 70 年代的维京登陆器像在月球上那样使用复古火箭,但是确实有,他们可能会在不平整的地面上着陆。地面上虽然它们对着陆器来说很好,携带一堆火箭会是对我们启动的漫游者毫无意义的负担。
上世纪 90 年代被送往火星,对于 1997 年登陆的探路者任务来说也是如此,其中包括第一个实验漫游者。工程师们尝试了一种新方法,组安全气囊,在撞到地上之后,这个机器人探险者一路颠簸了,通过平衡,我的意思是它从几层楼高的空中射出,和高速公路上的汽车一样快,然后就停下来了,但不知怎么的,它成功了。
事实上,它的效果非常好,科学家们也使用了同样的方法,系统着陆比较近,勇气号和机遇号探测器,但到了 2012 年,情况不得不再次发生变化,因为安全气囊,好奇号探测车是不可能的,它几乎是精神质量的五倍。
所以工程师们想出了他们最伟大的解决方案,他们称之为空中列车。这是一个使用复古火箭悬停的舞台,在表面上,从那里,它用缆绳慢慢降低了探测器,然后自己挣脱,飞到附近的紧急降落。
美国宇航局的下一个火星任务,火星 2020 将采用类似的策略,但谁知道之后我们会看到什么样的独特设计。
如果这还不够复杂的话,这些着陆的每一步也必须发生完全自动,那是因为无线电信号以光速旅行,所以他们采取了从地球到火星来回至少需要 8 分钟,哪个比降落时间长?
事实并非如此,在一个世界里让飞船自动驾驶很容易,这仍然是非常陌生和不可预测的。
好消息是这些年来的工作都是值得的。除了为我们未来的探索做准备,这些着陆器带给我们更接近于了解火星过去的样子,这能帮我们弄清楚或者它从来没有孕育过生命以及如何维持人类的生命。在未来的某一天这都要感谢一些杰出的工程师。