花幾分鐘懂點兒啥，遇事不慌咱明白
這是太空懂點兒啥的第2篇原創
屬於中國的首次火星探測任務即將於7月份正式開始，個人判斷當然是勝利登陸火星啊！無數個第一次又將被開啟，屆時除了心中不斷湧出的自豪感和增強的民族自信外，各位老鐵是不是覺著自己投資的某某基、何何股這回穩了，就等著下個月“得兒意的笑了”。
說實話，這樣的朋友還是很有眼光和判斷力的，但是！你真的懂航天任務嗎？這裡面的風險有必要先了解一下？
一、就是這麽設計的！
之前大家夥沒少聽媒體說火星任務窗口期來啦，世界各航天國火星任務陸續開始的新聞，而且好像是每隔一陣子就有這麽一出，據說從地球到火星的路途非常遙遠，最厲害的火箭發射出去也要7個月才能到達。這個懂懂表示沒毛病，根據火星和地球之間的關係就是這麽“設計”的。
地球距離太陽1.5億公里，繞著太陽轉一圈是365.25天，火星稍遠一些在地球公轉軌道的外面，距離太陽約2.3億公里，公轉周期是686.79天。
嘖嘖嘖！你看看！剛說沒兩句就被我們挑出毛病來了吧！它倆距離最近的時候一眼就能看出來了，2.3減去1.5嘛！結果是0.8億公里。兩點間直線距離最近，這可是常識，以擺脫地球引力的第二宇宙速度（11.2公里/秒）計算，隻用兩個月多一點的時間就可以從地球到火星了。
我先服你一會兒！
這樣推測其實更是犯了常識性的錯誤，兩點間直線距離最近，這話特別對，但地球和火星這兩個“點兒”可是各自在不停運動著的，如果讓火箭按照發射時火星所處的位置直線飛行，那麽恭喜你，下回投資可以考慮外星系了。
實際上，根據人類現有的航天技術條件，火星探測器都沿著一條被稱為“霍曼轉移軌道”的路徑前往目的地，而這種軌道對地球和火星兩者的位置關係有要求，這樣的位置關係恰好約26個月重復出現一次。而按照這種軌道到達火星的探測器需要走過的路線是一條漂亮的曲線，大約路程為6億公里，算下來是要7個月呢。
二、出征儀式很夠“排面”
屆時將由我國最強的長征五號遙四火箭負責運送天問一號開啟探火之旅，之所以選擇它，就是看中了它的運載能力，裝的多，帶得動，推力足。發射之後，火箭將天問一號的速度提升至11.2公里/秒，此時的天問一號就具備了離開地球引力的能力，不斷遠離地球的同時進而被太陽的引力所捕獲，隨後沿著一個巨大的橢圓軌道向著未來7個月後火星所處的位置進發，聽起來不複雜對吧！
發生在太空的事兒都是說起來容易，如果換成地球上的“真人真事”就不同了，天問一號這一趟飛行之難，軌道要求精確水準之高，就如同你在巴黎的埃菲爾鐵塔上怒擺麒麟臂拋出一個小球（不計大氣阻力），這個小球要在飛越9800公里後，準確落入位於日本東京鐵塔上的一個人的手裡。
聽著有點像吹牛是不！不好意思，航天的事情精確嚴謹的很！
長征五號火箭發射後，首先帶著天問一號進入距離地面約200公里的赤道圓軌道，在這裡將繞著地球飛行兩到三圈，一方面是等待二次點火的機會，同時也在調整火箭自身的狀態。長征五號火箭的液氫液氧發動機在低溫下才能達到最佳工作狀態，200公里高空剛好滿足這一條件，而火箭二次點火的角度要求非常精確，要恰好對著太陽公轉軌道橢圓的線路，每一圈飛行過程中大概只有兩秒左右的時間是滿足這點的，除此外還有火箭的遙測與控制等中間環節，機會稍縱即逝，而所攜帶的燃料又是有限的，必須做到指令的下達絕對準確以及火箭的激發一步到位。2009年我國的螢火號火星探測器就是在這個環節出了問題，錯過窗口而宣告整個任務失敗的。
說了這麽多，差不多隻算是出征時的“儀式”階段吧。
三、是時候展示真正的技術了
二次點火之後，天問一號就離開了火箭的幫助，正式告別了地球並在近地點太陽引力的幫助下向著火星飛去，接下來的209天時間裡它將進入霍曼軌道，也就是我們前面提到的這種星際旅行常用的線路。簡單來說，就是在距離太陽最近的時候出發，借助火箭推力提供的速度和太陽的引力向著目標曲線飛行，在到達目的地的時候，又恰好是距離太陽最遠的位置。
這樣的好處就是節約燃料，為下一步的繞火飛行，變軌操作，減速製動等重要步驟提供條件。但是在實現的時候難度非常大，首先，天問一號在近7個月的飛行過程中不能偏離方向，太空中雖然沒有大氣阻力，但是太陽的照射卻會產生一種光壓力，不斷地推著飛行器偏離既定軌道，要知道在分離度上一點點偏差到最後也會被放大無數倍，所以，天問一號要自己去觀察前方視野中的恆星目標物以此來確定自己的方向，並將軌道變化的情況報告給地面總部的飛控人員，他們再經過計算和模擬後作出軌道修正的指令，這樣的過程途中可能要發生不少次，這還不算什麽，真正的挑戰是在天文一號到達火星附近之後才開始。
也就是在天問一號和火星一起到達遠日點的時候，他倆的飛行方向和速度都不一致，如果什麽都不管，天問一號就會從火星身邊飛走，越飛越遠永無相遇的機會。這個時候就必須要減速製動了，燃料很重要，其次是製動的強度和時間，就像大家開車時候減速並道那一下，老司機觀察妥當後毫不猶豫，轉向燈亮的同時線路和速度也完美到位，如絲般順滑。天問一號的這一腳刹車之後，必須保證航天器被火星引力所捕獲，高度和速度恰好夠他繞著火星飛行，快了就會飛走，慢了則可能直接墜毀。光是這點兒難度就完了麽？是時候展示真正的技術了，別的國家都是用圓形軌道進入火星，中國的天問一號將採用大橢圓軌道與火星完美相會，也就是有遠火點和近火點之分且距離差別很大的特殊軌道，這是為了更近更全面的探測火星，完成獲取火星空間電離層和磁層數據而設計的。
這就完了麽？
嘿嘿！
更厲害的是如上這些騷操作絕大多數都是依靠天問一號自己的判斷來完成的，倒不是地面飛控專家偷懶，而是火星此時距離地球超過一億公里的距離，無線電信號發出來再傳回去要十多分鐘，這樣是沒法對飛行器進行實時控制的，所以，專家們給天問一號配備了超牛的技能——人工智能AI，這在全世界對火星探測的歷史上是頭一遭。
四、謀事在人，成事在天
經過209天的等待和意想不到的萬難情況，天問一號終於要迎來這次任務的正餐，著陸火星並展開一定時間的巡視。
聽起來和嫦娥探月不是一樣嘛！
嚴格意義上說任務形式差不多，但是魔鬼都是隱藏在細節中的，著陸火星的難度遠遠大於著陸月球，甚至是著陸月背。月球表面完全真空，沒有大氣阻力，依靠反推力發動機的準確工作順利登陸，可以說在這方面技術我國是輕車熟路，而火星上不光有大氣而且還不多不少的很麻煩，怎麽說麻煩呢？！
一方面，大氣的存在會使得航天器降落過程中製造了大量的熱，必須考慮航天器的隔熱問題，這就勢必造成重量的增加，反過來說，有大氣可以額外提供降落傘減速的方案，但是火星大氣的密度又遠遠低於地球，打開的降落傘又不足以提供阻力，而前面為了隔熱而增加的重量又讓降落傘減速環節雪上加霜。
科研人員已經夠難的了吧！偏偏著陸過程中的一切信號傳輸和控制都因為超遠的距離而失去意義，最有經驗的飛控人員，最厲害的技術大牛，當天問一號要降落火星還沒降落的這一段時間裡都發揮不出力量了，一句話，靠天問自己，盲降！
第一階段，火星探測器在火星軌道上變軌、調資、製動，到達預定高度位置後軌道艙與著陸器分離；
第二階段，著陸器進入火星大氣層，依靠自身外形進行減速，與此同時，隔熱系統要經受大氣摩擦的考驗，突破後要及時打開降落傘並拋棄已經沒有用處隻增加重量的隔熱板；
第三階段，當著陸器與地面越來越近的時候，高度雷達開機獲取高度信息，計算機要準確的控制反推火箭點火，速度進一步降低後著陸器與降落傘分離，這個時候還需要經過複雜而精確的懸停、避障、降落，穩定後著陸過程才算完成。
是的，這一切除了要靠天問一號自己的“臨場發揮”還要看火星的氣象。
怎麽樣？朋友們，中國的這次火星任務絕對不簡單吧！除了一個字“牛”之外，是不是已經想到了一些值得投資的點了呢！反正懂懂我是決定要下手了。
現在，一起祝中國火星探測任務順利成功！
太空懂點兒啥，我們下次再見。
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