火星环境与地球的异同及绕火小卫星现状及发展

火星环境与地球的异同及绕火小卫星现状及发展 火星相关背景...................................................... 2 .............................................. 2 火星与地球的相似之处 火星与地球的差异之处 .............................................. 3 火星地球化 ....................................................... 3 目前绕火星卫星 .................................................... 4 勇气号、机遇号、好奇号，凤凰号，等非载人航天器可以为建立人类殖民地做好准 备。探测车能够寻找地下水及其他资源，促进殖民地发展。车辆寿命短则数年，长 则数十年。商业航天的近期发展显示，私人机构在未来也可能拥有探险车。采用机 械人进行任务，花费较小，政治风险也较低。 ............................. 4 火星勘测飞行器的工程设计 ........................................... 5 动力系统 ............................................................. 5 电脑系统 ............................................................. 5 导航系统 ............................................................. 6 通讯系统 ............................................................. 6 推进系统 ............................................................. 6 火星相关背景 火星(Mars)是太阳系八大行星之一，天文符号是?，是太阳系由内往外数的第四颗行星，属于类地行星，直径约为地球的53%，自转轴倾角、自转周期均与地球相近，公转一周约为地球公转时间的两倍。在西方称为“战神玛尔斯”。橘红色外是因为地表的赤铁矿(氧化铁)。 火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布没有稳定的液态水体。二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。火星两极皆有水冰与干冰组成的极冠会随着季节消长。与地球相比，地质活动较不活跃，地表地貌大部份于远古较活跃的时期形成，有密布的陨石坑、火山与峡谷，包括太阳系最高的山:奥林帕斯山和最大的峡谷:水手号峡谷。另一个独特的地形特征是南北半球的明显差别:南方是古老、充满陨石坑的高地，北方则是较年轻的平原。 火星有两个天然卫星:火卫一和火卫二，形状不规则，可能是捕获的小行星。在地球，火星肉眼可见，亮度可达-2.9，只比金星、月球和太阳暗，但在大部分时间里比木星亮。 火星与地球的相似之处 火星一日的时间与地球一日的时间十分接近。火星的太阳日时长24小时 39分35.244秒(参见火星时)。 火星表面面积相当于地球表面面积的28.4%，稍微小于地球陆地面积(占 地球表面面积的29.2%)。火星半径只有地球的一半，所以体积更小，平均 密度也更低。 火星平均气温为-23?,自转周期为24.6个地球时,公转周期为687个地球 日.与地球一样,四时之景不同.火星有很多特征与地球相似.它距离太阳22794 万千米,约为日地距离的1.5倍火星的转轴倾角为25.19?，与地球的23.44? 较为接近，亦因为此原因，火星的季节与地球的相似。但是，火星的1年相 等于地球的1.88年，因而火星上各季节的长度，比地球长一倍，公转一周为 687日。火星北方上空并不是小熊座，而是天鹅座。 火星有大气层，但非常稀薄，仅相当于地球大气层的0.7%，因此，火星 只可以抵挡部分的太阳辐射和宇宙线。不过，宇宙船可以利用火星的大气层 进行大气制动(Aerobraking)。 NASA的火星探测漫游者、凤凰号火星探测器和ESA的火星快车号最近 在火星进行过观测活动，证实火星蕴藏冻结的水。 火星与地球的差异之处 , 大部分动植物都不可以在火星的极端环境生存，只有部分微生物和地衣能 做到这一点。 , 火星地表重力(Surface gravity)只有地球重力的38%，而人类目前并没 有去避免人体出现与重力有关的健康问题的知识。 , 火星的平均温度在186与268 K(零下87?C与零下5?C)之间，相较于 地球而言，要寒冷得多(地球有记录的最低温度是南极洲的零下89.2?C)。 , 在火星表面并没有现存的液态水。火星离太阳较远，其大气层所接收的太 阳能(太阳常数)大约只有地球所接收的一半。不过，火星并没有浓厚的大 气层和磁圈阻挡太阳辐射。 , 火星的轨道离心率较地球为大，造成气温与太阳辐射的变化较大。 , 目前火星上的大气压只有约7.5毫巴，远低于阿姆斯壮极限的61.8毫巴， 不足以让人类在未配备压力设备的状况下生存。由于火星地球化工程属于长 期的，短期内火星上的人造建筑都必须如同太空飞行器一样，配有压力 设备，维持约300和1000毫巴气压。 , 火星大气层当中有95,的二氧化碳，3,的氮，1.6,的氩气和其它气体 的痕迹，包括共计小于0.4,的氧气。 , 火星空气的二氧化碳分压有7.1毫巴，相比于地球的是 .31毫巴。人类二 氧化碳中毒开始在约1毫巴。即使是植物，二氧化碳远高于1.5毫巴是有毒 的。这意味着火星的空气是植物和动物完全有毒，即使在降低总压力。火星 上的磁场极小，所以，火星偏向太阳风的能力不足。 火星地球化 火星的地球化可以有以下几个方法: 1、在大气中增加适合适量的气体(包括温室气体和适合生物生存的气体)，增加地表温度与气压，主要是为了液态水，其次是植物、动物。 2、在太空中架设巨大反射(或折射)镜群，将更多阳光反射至火星表面。 3、大量融解地下冻土层，再把水引到地表。虽然一开始会结冰，但随着工程进行，冰层进而融化形成水圈。 4、在冰上(包括两极)培植深色藻类或散布煤灰等深色物质增加吸热进而加速融化。 5、散布固沙菌类、植物，防止沙暴的发生，进而生成土壤，扩大居住地。 6、建立行星推进器(引擎)，改变火星运行轨道。 目前绕火星卫星 勇气号、机遇号、好奇号，凤凰号，等非载人航天器可以为建立人类殖民地做好准备。探测车能够寻找地下水及其他资源，促进殖民地发展。车辆寿命短则数年，长则数十年。商业航天的近期发展显示，私人机构在未来也可能拥有探险车。采用机械人进行任务，花费较小，政治风险也较低。 无人航天器可以通过储存燃油、氧化剂、食水、建筑材料等等消耗品，为未来的任务打下基础。航天器也可以在火星上兴建能源、通讯、居住、供热和制造设施，方便太空人执行任务。 2001火星探勘者登陆艇(Mars Surveyor 2001 Lander)的任务包括利用火星大气制造氧气，测试太阳能电池，以及找出减轻火星尘埃对动力系统的影响的方法。 【中国】萤火一号探测器作为中俄航天合作项目之一，搭载在俄罗斯的“福布斯-土壤”(Фобос-грунт)探测器中，2011年11月9日凌晨发射。后因福布斯-土壤与运载火箭分离后变轨失败，于2012年1月15日17时45分坠于太平洋海域。 [2011年以后] 美国的火星样本取回任务计划于2013年实施，计划将于2016年将500克左右的火星土壤和岩芯样本送回地球作进一步研究。这个计划包括一个环绕火星轨道运行的返回装置和一到两个着陆装置，着陆装置可能配备有可以小范围移动的火星车，如果那时火星科学实验室仍然可以工作，可能也会利用火星科学实验室在大范围内提前采集样本，或者再发射一枚类似火星科学实验室的火星车用于这个目的。采集样本以后，样本将会被一枚小型火箭发射到火星轨道，与返回装置对接，这个对接也可能不只一次，然后由它将样本一次性送回地球。 印度的火星轨道探测器于印度时间2013年11月5日2:38 PM(9:08 UTC)在位于斯里赫里戈达岛的萨迪什?达万航天中心第一发射台以 PSLV-XL C25 型火箭发射[35]。该任务的发射窗口是在同年10月28日后约20日的时间内。火星轨道探测器正式发射倒数计时开始于2013年11月3日06:08 AM，发射成功后结束。本项任务是印度的首个行星际探测任务。2014年9月24日,火星轨道探测器成功进入火星轨道，印度ISRO是继俄罗斯RSA、美国NASA、欧盟ESA之后第四个成功进行火星任务的太空机构。 美国“火星大气与挥发演化任务”探测器于美国东部时间2013年11月18日13时28分(北京时间19日02时28分)发射升空，它的使命是以前所未有的精度对火星的上层大气进行研究，以帮助科学家揭开火星大气层变得稀薄之谜。“火星大气与挥发演化任务”探测器搭乘“宇宙神,型”火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地冲天而起，踏上10个月的飞往火星之旅。“火星大气与挥发演化任务”探测器项目的花费超过6.7亿美元，旨在调查火星的上层大气，帮助了解 火星大气层的气体逃逸对火星气候与环境演变所产生的影响，这也是美国发射的首个专门执行这一使命的探测器。科学家认为，远古火星曾拥有浓厚的大气层，且表面存在大量液态水。但随着时间的推移，火星大气层中的大部分气体逃逸到太空中，表面的液态水也逐渐消失，火星从可能适合微生物生存的行星，最终变成了今天寒冷而荒凉的沙漠世界。 2014年9月22日,探测器成功进入火星轨道。 2018年的火星任务将是一个着陆器，用于寻找火星上可能存在生命的证据。 火星勘测飞行器的工程设计 动力系统 MRO的太阳能板 火星勘测轨道飞行器的主要电力来源为两片太阳能板，两片太阳能板能够独立进行上下左右的移动。每片太阳能板的大小为5.35×2.53米，而在太阳能板表面共9.5平方米的范围内包含了3744个光电电池。这些太阳能电池的转换效率非常高，约可将26%的太阳能量转换为电力，并且可以提供绝大多数仪器运作所需的32V电力。这两片太阳能板在火星约可提供2000瓦特的电力。 除了太阳能板之外，轨道器还使用了两个可充电式镍氢电池，当太阳能板无法面对太阳，或是火星将太阳光遮住时便会使用电池供给电力。每个电池约可提供50安培小时的电力，但轨道器无法使用全部的电力，因电池放电时连带的电压也会跟着降低，当电压低于20V时电脑便会停止工作，因此在设计上将只会使用约40%的电池电力。 电脑系统 轨道器的主电脑为一133MHz的RAD750处理器，这颗处理器为强化辐射防护的PowerPC处理器，可以在太阳风肆虐的深太空中提供可靠的运算处理。探测资料则是存放在20GB的快闪存储器中，内存的量虽然似乎很充足，但是跟仪器所收集到的各项资料相比就不见得有多大了，比如说HiRISE的火星地表影像每张最高就可以达到28Gb。 电脑的操作系统则是VxWorks，并另外加上许多的防护与监测协定。 导航系统 导航系统将会在整个任务过程中提供位置、航道与高度的各项资讯。 , 16个太阳感测器(其中8个是备份)将会提供轨道器方向与太阳的相对位置资讯。 , 两个恒星追踪器将会提供轨道器完整的位置与高度资讯。恒星追踪器仅是两个普通 的数码相机，自动拍摄已分类过的星空影像进行自动定位。 , 两个惯性导航设备将提供轨道器飞行的资讯，每个惯性导航设备包括了三个加速器 与三个陀螺仪。 通讯系统 MRO和其他行星探测器每日资料传输量比较 通讯系统将使用大型天线，利用一般深太空所使用的频段(X-band，8Ghz)传送资料，也将会使用可以高速传输的Ka-Band(32 GHz)传送各项资料。预计从火星传送到地球的最大传输速度为6Mb/s，约为以往火星任务的10倍。 此外，轨道器另外有两个小型低增益天线，在紧急与特殊事件时提供低速通讯，比如说发射与进入火星轨道时。 推进系统 燃料槽共可容纳1175升(1187公斤重)的联胺单推进燃料，而这些燃料的70%将会使用在进入火星轨道时。 轨道器上共有20个火箭推进器: , 六个大型推进器，主要使用在进入火星轨道时。 , 六个中型推进器，主要提供航道校正与高度控制。 , 八个小型推进器，主要是一般作业时修正高度与航道用。 轨道器中亦包含四个动量轮，提供轨道器精准的高度控制，比如拍摄高分辨率影像时，某些震动将会模糊影像。