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火星沙尘暴对“天问一号”登陆有何影响?

发布时间:2021年03月17日 来源:中国气象报

3月4日,在全国两会“委员通道”上,全国政协委员、中国航天科技集团科技委主任包为民提及,“天问一号”到达火星后,首先需要关注着陆气象条件,特别要针对进入火星飞行走廊的气象要素进行观测,以免着陆火星时遇到沙尘天气。我们随之一探究竟——

预计今年5月至6月,我国首枚火星探测器“天问一号”将登陆火星,而现在的它正在环火大椭圆轨道上停驻飞行,对火星进行全方位拍照并开展空间探测工作。另外,“天问一号”也在等待着一个着陆“最佳时机”——包括适宜的火星天气。

火星“残存”的天气

火星的空间环境和内部地质条件经过数十亿年的复杂变化,造就了其极弱的磁场条件,从而使得太阳风可以肆无忌惮地吹裂和撕扯火星的大气层,气体微粒被吹得“远走”宇宙。与地球相比,火星周围的大气极为稀薄,而空气压强更是不足地球的1%。也就是说,火星上大气的运动非常弱,也没有水汽的参与,和地球相比,几乎谈不上有天气。

大气越是稀薄,相同体积内的气体分子或原子就越少,想要通过气体微粒的移动来制造足够强的风就越是困难。根据以往登陆火星探测器获取的数据,火星上的风速可以达到96千米/小时,换算之后得出的数值是26米/秒,在地球的“风力等级表”中对应10级,能达到“拔树倒屋”的破坏力。不过要注意,这是火星上的10级风,其破坏力大概只与地球上的4~5级风差不多。

这样的风当然不足以对“天问一号”造成大的影响,但却能带动火星地表红色的沙尘飞离地面,而沙尘却是个麻烦制造者。

火星的沙尘暴有点猛

当人们描述自己的家乡时,首先想到的常常是天气,比如那句颇有些知名度的“俺家乡的风一年刮两次,一次刮半年”。如果你要问“火星人”对他们家乡——这颗红色星球的感受,得到的回答很可能是“Mars的沙尘暴不分南北半球,刮起来全球都是滚滚红尘”。

当1971年人类首个火星探测器“水手9号”到达火星轨道后,发现火星上正在暴发全球性沙尘暴。通过长期的观测发现,火星平均每3个火星年、也就是5.5个地球年,就会发生一场全球性的大沙尘暴,持续时间可长达数月。

2007年6月,美国“机遇号”火星车被沙尘暴天气所困时拍摄的照片显示,在着陆的第1205、1220、1225、1233、1235个火星日,全球性沙尘暴肆虐火星,漫天“红沙”遮蔽了太阳,能见度极差,最严重时超过99%的太阳光被阻挡,而“机遇号”自己也因太阳能电池板被沙尘覆盖,无法获取足够的太阳能供电而进入休眠状态。

火星的沙尘天气来得急,规模也大。由于25.2度的自转轴倾角和比地球大得多的轨道离心率,使得火星南半球进入夏季时气温变化非常明显,这就为全球大气运动提供了动力,一旦刮起风来,其规模将由相当于从我国一个省的面积快速蔓延至整个大洲,并最终形成全球风暴。

沙尘暴对“天问一号”的危害

与地球相比,火星上的沙尘暴可不是戴个口罩再配个防尘眼镜就能应对的。因为长期干燥无水,火星的沙尘都是极为细碎的粉末,再加上较低的引力,只要有一点儿风,沙尘就会飞得到处都是;而且沙尘飞起来容易、落下来难。如果形成大范围沙尘暴,将会给火星探测器的降落以及地面探测任务造成影响。

“天问一号”的下降登陆阶段是完全自主控制完成的,减速过程需要借助减速伞来完成,一旦风沙过大将导致探测器的飞行姿态发生计划外的变化,从而影响减速效果。另一方面,也是更加重要的,探测器在到达一定高度时会通过地面的地形地貌与自身存储的着陆区域进行比对,也就是说,能否看清地面在很大程度上决定着导航下降阶段的成败。如果沙尘造成能见度条件差,无法获取准确的地面信息,将对后续登陆环节造成较大影响。而最后的悬停避障环节同样面临这一问题。

如果沙尘暴是在探测器登陆后才刮起来的,那么这些细如面粉的火星飞尘将覆盖太阳能电池板和科学仪器,在增加设备故障率的同时极大地削弱能源供给,这对于“天问一号”的地面探测任务影响非常大。

“天问一号”的预定降落地点在火星北半球的乌托邦平原,今年的五六月正是这一地区的初夏时节,也是天气条件最佳的时间段。让我们一起期待它的完美着陆。

(责任编辑:王美丽)