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天问一号本文重定向自 祝融号

天问一号
Tianwen-1-2020.Oct.jpg
前往火星途中的天问一号探测器
名称天问一号[1][2][3]
任务类型火星无人环绕、着陆、巡视
运营方 中国国家航天局
国际卫星标识符2020-049A
卫星目录序号45935在维基数据编辑
任务时长现已315天4小时又28分(自发射)
轨道器:≥1个地球年
现已112天21小时又17分(自入轨环绕)
巡视器:90个火星日[4]
现已19天9小时又51分(自着陆)
航天器属性
航天器类型轨道器、着陆器、探测车
发射质量合计: 5,000千克(11,000英磅)
轨道器:3,175千克(7,000英磅)
巡视器:240千克(530英磅)
尺寸巡视器:
完全展开:2.6m × 3m × 1.85m
未展开:1.65m × 2m × 0.8m
任务开始
发射日期2020年7月23日
12时41分15秒167毫秒 [5][6]
载具长征五号
发射场文昌 LC101
承包方中国航天科技集团
火星轨道器
航天器组件轨道器
入轨2021年2月10日19时52分[7]
轨道绕火轨道 268km×12,581km (中继轨道)
轨道参数
倾角89.2°
火星着陆器
航天器组件着陆器[8]
着陆日期2021年5月15日7时18分[9][10]
着陆点乌托邦平原
25°06′N 109°54′E / 25.1°N 109.9°E / 25.1; 109.9坐标25°06′N 109°54′E / 25.1°N 109.9°E / 25.1; 109.9
火星探测器
航天器组件巡视器
着陆日期2021年5月15日7时18分[9]
着陆点乌托邦平原
部署日期2021年5月22日10时40分
(释放至火星表面)
 

天问一号中华人民共和国正在进行的一项火星探测任务,中国行星探测工程下的中国火星探测计划的一部分[11]

中国首次自主发射的“天问一号”探测器,于2020年7月23日12时41分由长征五号遥四运载火箭海南文昌航天发射场发射升空,成功送入预定轨道[6]。探测器在地火转移轨道飞行约7个月后到达火星附近,2021年2月10日完成火星捕获后进入环火轨道。之后择机展开着陆、巡视等火星科学探测任务[12][13]。其既定目标是寻找当前和过去生命的证据,并评估行星的环境。2021年5月15日北京时间上午7时18分[9][10],天问一号所携带的探测车“祝融号”在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆[14]。中国成为继前苏联美国后,世界上第三个在火星着陆探测器的国家[15] [16][17][18];成为继美国[注 1]后,世界上第二个在火星部署火星车的国家 [19];也是世界第一个首次火星任务并成功完成火面巡视的国家[20]

命名来源

“天问”一词取材来自《楚辞》由屈原所创作的长诗《天问》,以此提出自己的疑问,表达了对真理执著的追求。此命名并非为火星任务的专属命名,其他的行星任务将也会以此为命名方向(只是编号不同)[21]

背景

因为火星探测的难度要比月球探测的难度更高,所以中国国家航天局星球探测的主要对象是月球,而不是火星[22]。为此中国探月工程发射了一系列“嫦娥”探测器对月球进行探测。而中国的火星探测仅进行过一次,即2011年11月9日变轨制动失败的萤火一号任务。萤火一号委俄罗斯,搭载于联邦航天局福布斯-土壤之上,原预定任务是到进入火星轨道的时候开机进行探测。然而俄罗斯发射失利,最终于2012年1月15日再入地球大气层,并坠毁于太平洋海域。这次任务并没有轮到考验中国自主研制的萤火一号探测器的性能即结束。

中国火星探测计划原计划分为“绕”、“落”、“巡”、“回”四个阶段。即轨道器环绕火星进行探测、着陆器软着陆于火星表面进行固定位置的地面探测、巡视器在火星表面进行不固定位置的巡视探测、以及火星表面土壤岩石的采样返回器任务。萤火一号来完成“绕”步任务,萤火二号来完成“落”步任务。然而萤火一号失败后,任务有所改变,选择使用中国国产的长征系列运载火箭系统来发射深空探测器任务,而不再借助他国运载器[23]

最初设想针对火星的探测任务计划在2020年实现火星的着陆巡视[24],最终拟定于2020年7月至8月间的地火转移轨道发射窗口择机发射。任务由轨道器、着陆器、巡视器三个部分组成。用一个任务来完成绕、落、巡这前三个步骤。该任务在正式名称确定前,暂时命名为“火星一号”。[25]2020年4月24日,中国国家航天局宣布,将中国行星探测任务命名为“天问”,将中国第二次火星探测任务命名为“天问一号”。[26]

“祝融号”火星车

第69届国际宇航大会上展出的天问一号上的火星车模型

祝融号火星车是天问一号搭载的火星表面探测器,模型于2014年第十届中国珠海航展首次展出。2021年4月24日,经全球征名、评审、网络投票等层层遴选,于中国航天日正式被命名为“祝融”。祝融在中国传统文化中被尊为最早的火神,象征着用火照耀大地,带来光明。[27]

祝融号于2021年5月15日4时左右与环绕器分离,三小时后下降到火星大气层。[28]上午7时18分,祝融号在火星乌托邦平原南部预选着陆区软着陆,着陆坐标为25.1°N 109.9°E。[29]祝融号携带地形相机、次表层探测雷达等六种科学载荷,对火星地表和大气等进行探测。

目标与任务

这是中国的首次星际任务,也是对火星的首次独立探测。因此,目标首先是验证深空的通信和控制技术,在行星上绕轨道运行以及在其表面着陆。 轨道器还必须能够找到地点,以便将来返回火星样本

从科学的角度来看,天问一号火星探测任务必须达到5个目标:

  1. 研究火星形貌与地质构造特征,及其演化和成因的研究。为此,该探测将使用来自特征区域的精确数据来分析行星的地形,这些特征区域包括河流的干燥河床、火山、风蚀、两极冰川等。轨道器上的两个摄像机专用于此目标。
  2. 研究火星表面土壤特征和地下层的特征,与水冰分布。探测火星土壤种类、风化沉积特征和全球分布,搜寻水冰信息并开展火星土壤剖面分层结构研究。这就是轨道器和火星车上的雷达的作用。
  3. 研究火星表面物质组成,开展表面矿物组成分析。分析火星古代湖泊,河流和其他景观中存在的风化碳酸盐,这些矿物是由地球上过去存在的水引起的,例如赤铁矿,层状硅酸盐,硫酸盐水合物甚至高氯酸盐矿物,以建立与过去火星水的联系。轨道器和火星车上的光谱仪以及多光谱摄像机专用于此目标。
  4. 研究火星大气电离层及表面气候与环境特征,开展火星电离层结构和表面天气季节性变化规律研究。以及更广泛的大气研究,无论是在其近太空环境还是在其表面。这是轨道器上的两个粒子探测器以及火星车上气象站的作用。
  5. 研究火星的内部结构,其磁场,其地质演化的历史,其质量的内部分布及其引力场。轨道器和火星车上的磁强计以及雷达专用于此目标。[30]

整个目标围绕火星是否存在过生命或具备生命存在的环境,火星演化和太阳系的起源与演化两大科学问题开展[31] 。中国首次火星探测任务科学目标将通过环绕探测和巡视探测共同实现这在国际尚属首次。除了美国,其它国家的环绕探测虽然没有发生问题,但着陆过程都失败了,为了保证着陆巡视器顺利完成火星着陆,天问一号需要在进行多轨调整逐渐接近火星之后才能着陆,环绕2至3个月寻找一个非常好的小窗口,让它进入到火星大气。[32][33]

环绕探测主要开展火星全球性、整体性和综合性的详查探测;巡视探测专注于火星表面重点地区的高精度、高分辨的精细探测和就位分析。 其中,环绕探测的主要任务为:火星大气电离层分析及行星际环境探测;火星表面和地下水冰的探测;火星土壤类型分布和结构探测;火星地形地貌特征及其变化探测;火星表面物质成分的调查和分析。为此,环绕器配置了中分辨率相机、高分辨率相机、环绕器次表层探测雷达火星矿物光谱分析仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪共7种科学设备。

巡视探测的主要任务为:火星巡视区形貌和地质构造探测;火星巡视区土壤结构(剖面)探测和水冰探查;火星巡视区表面元素、矿物和岩石类型探;火星巡视区大气物理特征与表面环境探测。为此,火星车配置了火星表面成分探测仪、多光谱相机、地形相机、火星车次表层探测雷达、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪共6种科学设备。[34]

任务经过

天问一号从文昌航天发射场发射
时间 (UTC+8) 事件 轨道/地点 备注
已完成
2020年7月23日
12时41分
发射 地火转移轨道 天问一号探测器在海南岛文昌航天发射场长征五号遥四运载火箭成功发射,顺利进入地火转移轨道[6][35]
2020年8月2日
7时
第一次轨道修正 地火转移轨道 火星探测任务“天问一号”探测器3000牛发动机开机工作20秒,完成第一次轨道中途修正。[36]
2020年9月20日
23时
第二次轨道修正 地火转移轨道 在器地距离约1900万千米处,经北京航天飞行控制中心,“天问一号”火星探测器按计划实施地火转移轨道第二次中途修正控制。[37]
2020年10月9日
23时
深空机动 地火转移轨道 在中国首次火星探测任务飞行控制团队控制下,“天问一号”探测器主发动机工作480余秒,顺利完成深空机动。
2020年10月28日
22时
第三次轨道修正 地火转移轨道 “天问一号”完成第三次轨道中途修正[38]
2021年2月5日
20时
第四次轨道修正 地火转移轨道 “天问一号”探测器发动机点火工作,顺利完成地火转移段第四次轨道中途修正,以确保按计划实施火星捕获。国家航天局同步公布了“天问一号”此前在距离火星约220万千米处获取的首幅火星图像。[39]
2021年2月10日
19时52分
近火捕获制动 火星捕获轨道 386km×181,763km 倾角11° “天问一号”探测器实施近火捕获制动,环绕器3000N轨控发动机点火工作约15分钟,探测器顺利进入近火点高度约400千米,远火点约18万千米,周期约10个地球日,倾角约10°的大椭圆环火轨道。[13][40]
2021年2月15日
17时
远火点平面轨道调整 绕火极地大椭圆轨道 280km×181,540km 倾角87.3°[41] 天问一号探测器成功实施捕获轨道远火点平面机动。3000N发动机点火工作,将轨道调整为经过火星两极的环火轨道,并将近火点高度调整至约265千米。[42]
2021年2月20日
19时
第二次近火制动 280km×84,600km 倾角87.7°[43] 2月20日,天问一号第二次到达近火点时进行制动,进入周期约为3.45天的调相轨道,使其在运行一圈再次到达近火点附近时,能够正好经过预定着陆区上空。
2021年2月24日
6时29分
第三次近火制动 280km×59,000km 倾角87.7° 天问一号探测器实施第三次近火制动,进入近火点280千米、远火点5.9万千米、周期2个火星日的火星停泊轨道。探测器将在停泊轨道上运行约3个月,环绕器7台载荷将全部开机,开始科学探测。同时,载荷中的中分辨率相机、高分辨率相机、光谱仪等将对预选着陆区地形地貌、沙尘天气等进行详查,为择机着陆火星做好准备。[44]
2021年5月15日
1时
探测器降轨 火星进入轨道 凌晨1时许,天问一号探测器在停泊轨道实施降轨,机动至火星进入轨道。[45]
2021年5月15日
4时
轨道器升轨+着巡组合体分离 轨道器:280km×59,000km 倾角87.7°
着巡组合体:火星进入轨道
4时许,着陆巡视器与环绕器分离。两器分离约30分钟后,环绕器进行升轨,返回停泊轨道,为着陆巡视器的后续探测任务提供中继通信,搭建起地球和火星之间的通信桥梁。
2021年5月15日
7时11分
着巡组合体再入 火星大气层
2021年5月15日
7时18分
着巡组合体登陆火星 乌托邦平原
25°06′N 109°54′E / 25.1°N 109.9°E / 25.1; 109.9
历经约3小时飞行后,进入火星大气,经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲,成功软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。
2021年5月17日
8时
轨道器第四次近火制动 268km×12,581km 倾角89.2° [46] 天问一号环绕器实施第四次近火制动,顺利进入周期为8.2小时中继通信轨道。在这一阶段,环绕器的主要工作是做地球和火星之间的“信使”,进行“地火传书”。[47]
2021年5月22日
10时40分
释放巡视器 乌托邦平原 根据遥测数据判断,祝融号火星车5月22日已安全驶离着陆平台,到达火星表面,开始巡视探测。[48]
未来
2021年 轨道器第五次近火制动 265km×12,000km 倾角86.9°

科学仪器

轨道器巡视器将带有总共13个科学仪器:

轨道器
  • 中分辨率相机(MRC),在400 km的轨道上分辨率为100 m
  • 高分辨率相机(HRC),在300 km轨道上的分辨率为0.6 m
  • 火星磁强计
  • 火星矿物光谱分析仪(MMS),以确定元素组成
  • 环绕器次表层探测雷达(OSR)
  • 火星离子与中性粒子分析仪(MINPA)[49]
  • 火星能量粒子分析仪[50]
巡视器(祝融号火星车[51]
  • 火星车次表层探测雷达 (GPR), 拍摄火星表面以下约100米(330英尺)的图像[52]
  • 火星表面磁场探测仪(MSMFD)
  • 火星气象测量仪(MMMI)
  • 火星表面成分探测仪(MSCD)
  • 多光谱相机(MSC)
  • 地形相机(NTC)

备注

  1. ^ 前苏联的火星3号着陆器仅在火星上工作14秒后便失去联系,未能释放火星车

参见

2020年7月23日 天问一号发射成功
2020年7月23日 数万民众现场见证“天问一号”发射升空

参考资料

  1. ^ 中国火星探测器露真容 明年发射. 2019-10-12 [2020-04-25]. (原始内容存档于2019-12-16).
  2. ^ The Global Exploration Roadmap页面存档备份,存于互联网档案馆). NASA. International Space Exploration Coordination Group. January 2018.
  3. ^ China's Deep Space Exploration Roadmap页面存档备份,存于互联网档案馆). 2018.
  4. ^ China Exclusive: China's aim to explore Mars. Xinhua News. 21 March 2016 [2016-03-24]. (原始内容存档于2016-09-01).
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  6. ^ 6.0 6.1 6.2 天问一号探测器成功发射 火星终迎“中国来客”. 中国新闻社. 2020-07-23 [2020-07-23].
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  8. ^ It's official: China's first Mars lander debuts. China Global Television Network. 14 November 2019 [2020-01-08]. (原始内容存档于2019-11-15).
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 天问一号成功着陆火星!. 2021-05-15.
  10. ^ 10.0 10.1 官宣!7时18分!“天问一号”探测器成功着陆火星. 2021-05-15.
  11. ^ 中国火星天团首度亮相,明年向火星出发. 36kr.com. [2020-01-19].
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  16. ^ China has landed its first rover on Mars — here’s what happens next.
  17. ^ La Chine va tenter de faire atterrir une sonde sur Mars dans les prochains jours.
  18. ^ Китай впервые осуществил успешную посадку зонда на поверхность Марса.
  19. ^ Jonathan Amos. China lands its Zhurong rover on Mars. BBC. 2021-05-16 (英国英语).
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  23. ^ 中国在研“萤火二号”并非空穴来风. 2012年8月14日 [2015年1月22日]. (原始内容存档于2015年1月23日) (中文(中国大陆)).
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