火星探测器 – 蜗牛派

太空用新型电池问世：使用硅材料，充电更快、更轻便

24小时 — Wed, 02 Sep 2020 00:25:17 +0000

蜗牛派9月1日消息据物理学家组织网8月31日报道，美国科学家研制出了一种更轻便、充电速度更快的电池，可为宇航服甚至火星探测器供电，也可装配于卫星上。研究由美国国家航空航天局（NASA）资助，相关论文发表于近期出版的美国化学会期刊《应用材料与界面》。
研究人员之一、克莱姆森大学科学家拉玛克里斯纳·波迪拉表示：“大多数卫星主要从太阳获取能量，但卫星也必须做到处于地球阴影下时仍能存储能量，因此卫星上配备的电池要尽可能轻，卫星越重，任务成本越高。”
波迪拉团队用硅材料研制出了最新电池。硅可以包裹更多电荷，这意味着更多能量可以存储在较轻的电池中。尽管科学家一直以来都非常重视硅的储电能力，但硅在放电时会分解成较小碎片。鉴于此，波迪拉等人使用微小的硅“纳米”颗粒来替代，这些颗粒可提高稳定性并提供更长的循环寿命。
研究人员先用名为“巴克纸”（Buckypaper）的碳纳米管材料制成一层一层的结构，然后将硅纳米颗粒夹在中间——就像“三明治”一样制造出了新型电池。
波迪拉说，采用这种内部结构，即使硅颗粒破裂，它们也“仍在三明治中”。
研究人员表示：“独立的碳纳米管片使硅纳米粒子彼此之间通过电相互连接。这些纳米管形成了准三维结构，即使经过500次循环，硅纳米粒子也能簇拥在一起，并减轻了由于纳米粒子破裂而产生的电阻。”
使用硅和其他纳米材料制成的电池不仅可以提高容量，还可以更高的电流为电池充电，从而缩短充电时间。由于新电池使用纳米管作为缓冲机制，因此，充电速度比当前快4倍。此外，新电池“体重”轻，充电速度更快，效率大大提高，这对身着由电池供电宇航服的宇航员们来说也更有利。

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NASA“毅力号”火星车将于本周发射，8月15日前都有回旋余地

蜗牛派 — Mon, 27 Jul 2020 06:26:59 +0000

蜗牛派7月27日消息，如果一切按计划进行，美国宇航局（NASA）的下一艘火星探测器将于本周发射升空。

这辆汽车大小的“毅力号”火星车是美国宇航局耗资27亿美元的“火星2020”（ Mars 2020）任务的核心部件，计划于美国当地时间7月30日发射升空，发射时间为美国东部时间早上7点50分。火星车将搭乘联合发射联盟旗下的阿特拉斯5号火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空。

如果技术问题或恶劣天气导致此次尝试失败，任务小组还有一些回旋余地。美国宇航局官员表示，只要火星车能在2020在8月15日前发射升空，仍然可以顺利抵达火星。否则此次火星探测任务就需要等待26个月，直到火星探测的窗口期再次打开。

一旦此次能顺利升空，“毅力”号火星车将于2021年2月18日降落在火星表面的杰洛陨石坑内。杰洛陨石坑宽45公里，在远古时期曾存在一个湖泊和一个三角洲。

“毅力”号火星车将深入探测这一地区的地形地貌，并寻找可能存在古代火星生命的迹象。火星车还将收集并保存几十个样本，最早可能在2031年通过美国宇航局和欧洲航天局的联合行动送回地球。

“火星2020”任务还将测试几种新的探测技术。例如，“毅力”号火星车所携带的10台仪器中有一台叫做“MOXIE”(“火星氧气ISRU实验”的缩写)，将从稀薄的、以二氧化碳为主的火星大气中生成氧气。美国宇航局官员说，这样的设备规模化后，将有助于未来人类对火星的探索。

“火星2020”任务中还包括一艘1.8公斤重、名为Ingenuity的直升机。其将搭乘“毅力”号火星车前往火星。火星车抵达火星表面的合适位置后，Ingenuity直升机将展开并启动叶片。如果一切顺利，其将成为第一个在地球以外世界飞行的旋翼飞行器。

“火星2020”任务将是今年第三次也是最后一次火星探测任务。阿联酋的“希望号”火星探测器以及中国“天问一号”火星车均已经于上周发射升空。

欧洲与俄罗斯合作的ExoMars任务探测器罗斯林德·富兰克林(Rosalind Franklin)火星车原计划在今天夏季发射升空。但该任务目前遇到了技术问题，无法及时解决，现在必须等到2022年。

“天问一号”火星探测器成功发射百度搜索热度陡增1560%

蜗牛派 — Thu, 23 Jul 2020 09:38:31 +0000

7月23日消息，今天中午12点41分左右，“天问一号”火星探测器，在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，由长征五号遥四运载火箭发射升空。这是中国首次执行火星探测任务。

中国首次火星探测任务“天问一号”火星探测器发射成功，标志着中国向行星探测迈出历史性的第一步。

这一中国航天史上的重要事件迅速引发全民讨论，网友对火星及中国探火工程的关注急速升温。百度搜索大数据显示，“天问一号” 相关内容实时搜索，于发射成功一小时内陡增1560%。

天问一号探测器将经过7个月5500万公里的航行，预计将于2021年2月抵达火星。天问一号探测器的研究任务包括火星轨道器、着陆器和火星车，而且探测器将研究火星地表的土壤。

阿联酋首颗火星探测器“希望”号发射升空拉开2020年火星探测序幕

蜗牛派 — Mon, 20 Jul 2020 00:35:18 +0000

蜗牛派消息，北京时间2020年7月20日凌晨5点58分，阿联酋首颗火星探测器“希望”号由日本运载火箭发射升空，发射地点位于日本的种子岛航天中心。

根据轨道设计，该探测器要经过大约200天的飞行，2021年2月份才能抵达火星。其主要的科学目标是研究火星气候演变以及天气状况，例如沙尘暴等。希望号团队表示，这是第一颗真正的火星气象卫星。设计寿命为2年。

希望号探测器的组成和科研目标

希望号探测器由阿联酋和美国科罗拉多大学波德分校联合研制，重1.35吨，大小与一辆轿车相仿。由两个太阳能发电板供电，总功率1.8千瓦，这和家用电水壶的功率差不多。探测器搭载有直径1.5米的高增益天线以及若干低增益天线。此外，探测器利用恒星跟踪定位仪来进行导航。

上面我们提到，探测器重1.35吨，其中接近一半的重量为燃料，燃料主要用于6台推力为120牛顿的发动机进行变轨使用。探测器的姿态调整采用的是动量轮装置，动量轮的原理并不复杂，就是利用不受外力矩系统的角动量守恒的原理，当轮子顺时针旋转的时候，探测器就向逆时针转动。这种装置可以不用消耗燃料进行探测器的姿态调整，是一种在太空中普遍使用方法。希望号探测器搭载有三种主要的仪器，他们分别是：

1、探索成像仪（EXI）：这是一种多波段相机，能够拍摄高分辨率图像，可以对火星大气中的水蒸气、冰晶、沙尘、气溶胶以及臭氧进行测量。

2、红外光谱仪（EMIRS）：用于测量火星大气中的水蒸气、冰晶和沙尘的温度。

3、紫外光谱仪（EMUS）：用于测量火星的全球特征和火星大气热层的变化，为了解开氢和氧的丢失问题。

日本提供运载火箭

H-IIA运载火箭直径4米，高度53米，属于捆绑式两级火箭。火箭芯级采用氢氧发动机，外加2或4枚固体火箭助推器（根据执行任务不同进行调整）。近地轨道的运载能力为10到15吨，地球同步转移轨道的运载能力为4到6吨。

H-IIA火箭的运载能力与我国的长征三号乙火箭相当。长三乙是我国主力运载火箭，发射载荷主要为地球静止轨道通信卫星、气象卫星、北斗导航卫星和月球着陆探测器等。

美国提供深空测控网

火星探测器离开地球，在飞往火星的过程中需要精确测控。由于探测器的距离很远，发出的信号随着距离的增加而衰减，这就需要有强大的深空测控能力。阿联酋目前尚不具备这种能力，因此需要美国帮助测控和信号回传。

美国深空网（DSN）是由美国喷气推进实验室管理的一个先进的测控网，是为了对执行月球、行星和行星际探测任务的航天器进行跟踪、导航与通信而建立的地基全球分布测控网。

图注：位于西班牙马德里的70米深空网天线

为了克服地球自转影响，实现对深空航天器的连续跟踪，深空网的布局通常是在全球范围内经度上间隔120度布站，这样就可以确保对距离地球表面距离在3万千米以上的航天器进行连续跟踪。

美国NASA深空网由在全球按经度间隔120°分布的三个深空通信综合设施组成，分别位于美国加州的戈尔德斯通、西班牙的马德里和澳大利亚的堪培拉，深空网的操作控制中心位于美国加州帕萨迪纳的喷气推进实验室（JPL）。NASA深空网是目前世界上规模最大、能力最强的深空测控系统。

除了美国深空网，欧空局也有自己的深空网。近年来，我国为了深空探测的需要，也建立了自己的深空网，嫦娥探月计划的成功实施，深空测控网功不可没。根据官方报道，我国将于7月20日至7月25日择机发射“天问一号”火星探测器，这得益于我们除了拥有推力强劲的长征五号运载火箭之外，还拥有独立的深空网。

大家比较熟悉的，有西安卫星测控中心的喀什测控站、以及佳木斯深空站等。其中，佳木斯深空站，位于中国黑龙江省佳木斯市，2013年建成。

阿联酋为什么要探测火星？

上面介绍了那么多细节，你可能要问，阿联酋为什么要探测火星？

图注：希望号任务徽章

太空的深邃浩渺本身就吸引着地球上的每一个人，星辰大海也是每一个民族的梦想。当具备经济和技术条件，都会尝试去探索。虽然阿联酋在技术实力上尚不具备独立探索火星的能力，但是他们可以通过与其他国家合作来完成这个梦想。

根据官方说法，阿联酋希望通过这次的火星探测来激发年轻人仰望星空，探索宇宙的希望之心。此前，阿联酋曾提出过“2117火星定居计划”，本次发射也彰显了这个决心。该火星探测器将于明年（2021年）抵达火星，正好是阿联酋成立50周年。

为什么2020年三个国家扎堆去火星？

你如果关注太空，会知道今年有三个国家向火星发射探测器：我国的“天问一号”探测器、美国的“毅力”号火星车和本次阿联酋的“希望”号探测器。其中，天问一号将于7月下旬到8月上旬择机发射，“毅力”号将于7月30日到8月15日之间发射。

如果错过了8月15日这个最后的窗口日期，那么要继续等两年。这是为什么呢？

简单来讲，这是因为地球和火星运行在不同高度的轨道上，火星的公转周期接近地球公转周期的两倍。从地球向火星发射探测器就要等到这两颗行星处于一定的相对位置时再发射，最节约燃料。具体来讲，在轨道上，当火星超前地球44度左右时是最佳发射时机。这时候的飞行轨道就是所谓的“霍曼轨道”。这种时机，两年多才有一次，因此，错过今年的发射窗口，就要再等两年多。

人类为什么热衷于探索火星？

火星是太阳系内与地球环境最接近的行星，有一定厚度大气层，有坚固的地表，还封存有大量冷冻状态的水。因此，在未来，火星是存在移民可能性的行星。

另外，火星还可能存在像微生物这种低等形式的生命，这也是世界各国热衷探索火星的重要原因。

长五瞄准7月发射火星探测器，工程按计划推进

蜗牛派 — Sun, 24 May 2020 23:57:34 +0000

2016年我国火星探测任务批准立项，计划在“十三五”规划收官之年即2020年首次独立自主开展火星探测。当前，我国正按计划推进该项航天重大工程，瞄准今年7月将火星探测器发射升空。

我国火星探测器和用于发射的长征五号运载火箭分别由中国航天科技集团有限公司五院和一院抓总研制。

全国政协委员、航天科技集团科技委主任包为民在两会期间介绍了“天问一号”火星探测任务。任务计划通过实施一次发射，实现多个工程目标，包括火星环绕和着陆巡视，开展火星全球性和综合性探测，并对火星表面重点地区进行精细巡视勘查。任务设定了五大科学目标，主要涉及空间环境、形貌特征、表层结构等研究。

为了实现这些科学目标，火星探测器被设计成环绕器和着巡组合体两部分。任务中，着巡组合体将在火星表面软着陆，并释放巡视器火星车，在火星表面进行探测；环绕器绕火星飞行，为任务提供中继通信服务，并伺机进行环绕探测。该任务共搭载13种有效载荷，其中环绕器7种、火星车6种。

“火星探测最大的难点在于‘恐怖7分钟’。再入、下降与着陆过程中，要在7分钟内将探测器的时速从2万千米降低到零。”包为民表示。全国政协委员、航天科技集团五院党委书记赵小津也对媒体表示，进入、下降、着陆过程很短，但那是最凶险也最激动人心的时刻。

今年是火星探测活动的窗口期。继欧洲与俄罗斯合作的ExoMars火星漫游车宣布推迟发射后，目前还剩美国的“毅力号”火星车、阿联酋的“希望”火星探测器与中国的“天问一号”火星探测任务仍坚持今年发射。

赵小津表示，火星探测是航天强国的重要标志之一，我国首次火星探测任务的成功实施可进一步缩短我国与美国、俄罗斯、欧洲在深空探测技术方面的差距，提升我国空间探测器的研制水平，推动我国在行星探测和基础科学研究方面全面发展，使我国跻身国际空间探测领域先进行列。

“这次火星探测任务没有简单重复其他国家火星探测的老路，起点设置很高，体现了我国航天技术的发展水平，以及航天工程技术人员的自信。”赵小津说。