【新浪科技综合】为了去火星，你知道天问一号有多努力吗？新浪科技综合2020-07-23 10:32:080阅( 二 )
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图11/30图源NASA也就是说 ， 即使是火星最近的时候 ， 也有月球的150倍远 。
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图12/30最近时火星和地球的距离相比于地月距离的比例 。 改编自：James O‘Donoghue/NASA不过 ， 直线距离的对比 ， 对我们理解火箭的发射难度其实并没有直接的意义 ， 因为不管是去月球还是去火星 ， 探测器都 不 是 直 线 飞 过 去 的， 而是通过火箭的运力把探测器送入一个大椭圆轨道 ， 让探测器飞着飞着自然而然和火星“相遇”——这就是传说中的“霍曼转移轨道” 。
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图13/30从地球到火星的霍曼转移轨道 ， 这样的发射窗口每26个月一次 。 凡是跟你们说火星发射窗口是地球和火星距离最近的时候的 ， 有一个算一个都是错的 。 改编自：NASA之所以选择这样的方式飞往火星 ， 完全是因为对我们可怜弱小又无助的地球人来说 ， 相比于珍贵的火箭燃料 ， 时间可以说是极其廉价——为了尽可能节省燃料 ， 在路上花上个一年半载根本不是事儿 。
尽管路程不等于直线距离 ， 但去往更遥远的火星 ， 依然需要我们有更强大的火箭 。
以前年发射嫦娥四号的长征三号乙火箭为例 ， 这枚火箭的地月转移轨道运力近4吨 ， 把总质量3780公斤的嫦娥四号着陆器+玉兔二号月球车直接送入地月转移轨道已经是极限 。 如果让这枚火箭发射火星探测器 ， 换算成地火转移轨道运力就只剩2吨多了——去往火星之于去往月球 ， 运输能力打了7折 。
更要命的是 ， 相比于只有着陆器和巡视器的嫦娥四号任务 ， 需要一次性完成绕落巡使命的天问一号三件套总重约5吨 ， 比嫦娥四号两件套还重了1吨 。
也就是说 ， 不管是天问一号去往火星 ， 还是比嫦娥四号更重的嫦娥五号任务去往月球 ， 我们都必须等待运输能力更强大的火箭研制完成 ， 那就是——长征五号 。
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图14/30不不 ， 不是昨天发的长五B ， 那是打近地轨道哒 。 改编自：CNSA江湖人称“胖五”的长征五号火箭 ， 经历过真正的至暗时刻 。
2016年11月3日 ， 长征五号遥一火箭虽然二级出了些状况 ， 但还算顺利完成任务 ， 将实践十七号卫星送入地球静止轨道 。
2017年7月2日 ， 长征五号遥二火箭发射失败 ， 带着实践十八号卫星一同葬身太平洋 ， 也直接导致原计划2017年11月发射的嫦娥五号月球采样返回任务延期 。
之后 ， 就是在黑暗中漫长的摸索 ， 寻找故障原因 ， 不断测试和验证 。
908个日日夜夜 ， 这黑暗如此漫长 。
直到2019年12月27日 ， 长征五号遥三运载火箭成功将实践二十号卫星送入预定轨道 。 历经坎坷 ， 王者归来 。
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图15/30长征五号遥三发射升空 。 这份沉甸甸的成功背后 ， 是无数航天工作者们两年多的呕心沥血 ， 是无数中华儿女的坚韧和拼搏 | 我们的太空 史悦 吕炳宏2020年1月19日 ， 长征五号遥四火箭的氢氧发动机完成了总装出厂前的最后一项验证：100秒校准试车——标志着这台发动机性能达到预定要求 ， 即将转入火箭总装阶段 。
长征五号遥四 ， 就是负责发射天问一号的火箭 。
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图16/30来源：中国航天科技集团至此 ， 天问一号才终于得到出发的保障 ， 确定可以赶上2020年7月这次火星发射窗口 。
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图17/30目前公开的中国火星探测器实拍照片 | 中国航天科技集团测控和数传：4亿公里外的讯息传递
解决了如何让5吨重的天问一号探测器“上天赴火”的难题 ， 才仅仅是个开头 。
火星最远时距离地球4亿公里 ， 是地月距离的1000倍 。 从这个角度来说 ， 月球简直可以说是“近在咫尺” 。
而距离越远 ， 不仅信号传输时间越长 ， 更重要的是信号衰减也越剧烈 。 相比于月球 ， 遥远的火星显然为地球与探测器之间的通讯带来了更大的挑战 。
与火箭和探测器保持通讯 ， 或者说“测控和数传” ， 可以拆分为三个方面的问题：1）跟踪（火箭、探测器的）位置和速度；2）向探测器发送指令；3）接收探测器传回的探测数据 。
而这三个方面都需要强大的地面站 ， 或者说数目更多、分布更广、口径更大的地面天线 ， 这不是一朝一夕可以完成的 。
事实上 ， 中国从嫦娥任务开始就已经在一步一个脚印地组建深空测控和地面接收网了 。
2011年 ， 佳木斯66米和喀什35米天线基本建成 ，同年11月就投入了嫦娥二号任务飞掠小行星图塔蒂斯等后续拓展任务的S频段测控支持 ， 之后最远跟踪嫦娥二号至约1亿公里才失联 。
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