详解Space X将如何利用“重型猎鹰”登陆火星

据科技博客VentureBeat报道,上周三,埃隆·马斯克(Elon Musk)旗下美国太空探索技术公司SpaceX在Twitter上宣布,计划最快于2018年向火星发射无人飞船。这项任务包括将“赤龙”飞船发送到火 星,取回美国宇航局(NASA)火星车收集的样本,然后返回地球。“(我们)计划最快于2018年向火星发射龙飞船。’赤龙’将验证火星整体架构,详情稍 后公布,”SpaceX称。

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SpaceX制定了一个宏伟计划,希望引领可重复使用火箭的新时代。这项计划有望帮助实现人类首次登陆火星,然后再返回地球。2011年,SpaceX发布了一段视频,展示了如何在火箭助推器升空后将其回收。这一举措是此前从未实现过的。

2015年12月21日,SpaceX首次成功回收“猎鹰9号”一级火箭。2016年4月8日,SpaceX又成功在海上漂浮平台上实现了猎鹰9号一级火箭的回收。马斯克已经宣布,计划在5月初重新发射回收的猎鹰9号。

使用“重型猎鹰”火箭

赤龙飞船将使用“重型猎鹰”火箭发射升空,后者有点像增强版的猎鹰9号。SpaceX已宣布,计划最快在2016年11月发射重型猎鹰火箭。

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“重型猎鹰”火箭

SpaceX声称,重型猎鹰是世界上动力最强的火箭,可运载的有效载荷重量是航天飞机的两倍。相比之下,只有执行“阿波罗”登月计划的“土星5号”(Saturn V)可运载更重有效载荷。

重型猎鹰是一支多级火箭,这就意味着它由可分离的火箭堆叠在一起组成。每一级火箭都有自主发动机和推进燃料,当每一级火箭的燃料耗尽时,它就会从火箭主体分离以降低整个火箭的质量。

马斯克上周五在Twitter上证实, SpaceX将在重型猎鹰火箭发射时尝试同时回收所有三个助推器。

那么,有什么比在地球上回收火箭更酷的呢?当然是登陆火星。

从SpaceX在图片分享网站Flickr上公布的渲染图来看,该公司计划使用一种从未尝试过的简单方法实现在火星上的着陆。龙飞船飞船并不是为了载人登陆火星而设计。

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“龙”飞船在火星着陆的渲染图

自2010年以来,无人龙飞船已经多次往返于国际空间站与地球之间,但是到达火星的距离要远上56万倍。因此,龙飞船在登陆火星时需要使用一种比猎鹰9号动力更强的火箭。目前,SpaceX向国际空间站发射龙飞船使用的是猎鹰9号。重型猎鹰火箭定于2016年首次从肯尼迪航天中心发射。

着陆难度大

不过,重型猎鹰火箭只能将龙飞船送往火星。由于火星大气层情况更加恶劣,龙飞船在火星上的着陆要比前往火星更加困难。火星大气层要比地球大气层稀薄大约1000倍,所以简易的降落伞不足以将龙飞船的速度降低到安全着陆的水平。

但是,火星大气层的厚度依然足以使得龙飞船在降落过程中与大气层摩擦产生大量热量。因此,要想在火星上着陆,龙飞船的防热罩必须能够承受1600华氏度(约合871摄氏度)温度。幸运的是,龙飞船的防热罩能够承受3000华氏度(约合1649摄氏度)的高温。所以,龙飞船在向火星降落过程中应该不会出现温度问题。

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“龙”飞船在穿越火星大气层时会产生大量热量

然而,龙飞船还面临一个减速的问题。尽管火星上的重力大约是地球的三分之一,但是龙飞船在进入火星大气层后仍然以超过每小时1000英里(约合1609公里)的速度向下坠落。如果龙飞船以这种速度在地面上着陆,那将是一场灾难。

SpaceX解决这一棘手问题的方案是,使用龙飞船配备的推进器首先将坠落方向从垂直转为向一侧,以此降低速度。随着龙飞船继续向地面坠落,再对推进器点火实现垂直软着陆。

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“龙”飞船向一层倾斜以降低着陆速度

这种着陆方式此前从未被尝试过,但是如果龙飞船真的像渲染图显示的那样成功在火星上着陆,那确实是一项了不起的成就。

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“龙”飞船随后改为垂直软着陆

上一次有探测器在火星上着陆还是2012年美国宇航局的“好奇号”火星车。“好奇号”的着陆非常成功,但也极其复杂。“好奇号”着陆分为6步,如果无法完美完成,将会导致一场灾难。美国宇航局将“好奇号”的着陆称之为“恐怖7分钟”,因为从“好奇号”进入火星大气层到着陆花费了7分钟时间。

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“龙”飞船着陆后的渲染图

但是这一技术还不适合人类用于登陆火星。马斯克发布推文称,龙飞船可能不是太空探险家最适宜的环境。

龙飞船登陆火星将是美国宇航局与SpaceX之间合作的重要里程碑,向着在2030年后将人类送往火星的目标又迈进了一步。(编译/箫雨)

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