中國(guó)火星著陸器祝融號(hào)清晰照片傳出,可以很清楚 火星距離地球非常遙遠(yuǎn),火星、地球繞太陽(yáng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng),使得火星、地球距離每天都在變,即使火星距離地球最近的時(shí)候,也有5,500萬(wàn)公里,火星最遠(yuǎn)距離地球4億公里。所以火星上的無(wú)線電信號(hào)發(fā)往地球,傳輸速率比較低,而且需要中繼。 雖然祝融號(hào)已經(jīng)在火星上漫游了,但是各種高清現(xiàn)場(chǎng)照片會(huì)延后發(fā)回。 我們第一眼看到這張照片,就會(huì)發(fā)現(xiàn)和以往所有拍攝的登陸器的著陸照片都不一樣,很顯然以往登陸器的照片下方都沒(méi)有如此深的一個(gè)坑,這個(gè)坑深不見(jiàn)底,簡(jiǎn)直可以稱為一個(gè)洞。 祝融號(hào)火星車連登陸器的總質(zhì)量是1100公斤,其中火星車250kg。 這個(gè)質(zhì)量只相當(dāng)于美國(guó)毅力號(hào)火星車的四分之一,但是毅力號(hào)降落到火星上的狀態(tài)是屬于空中吊車式的吊放,不可能在地面上沖出這樣的坑。 其他的火星登陸器由于底板離地面太近,所以也沒(méi)有辦法拍到這樣的深坑。 唯一能夠與之相對(duì)比的就是美國(guó)阿波羅飛船在月球上著陸的照片。 其實(shí),火箭降落在外星表面減速著陸的過(guò)程,物理學(xué)上并不復(fù)雜,就是牛頓力學(xué)的作用力和反作用力,以及作用力和加速度之間的關(guān)系。 月球的重力加速度是地球的1/6,也就是9.8÷6=1.63米每秒平方左右,火星的重力加速度是3.7米每秒平方,相當(dāng)于地球的38%。 同樣質(zhì)量的著陸器在火星上著陸,理論上火箭反推數(shù)據(jù),要比在月球上著陸推力應(yīng)該大3.7÷1.63=2.67倍。 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)減速的時(shí)候,下面吹出來(lái)這個(gè)坑的深度其實(shí)是可以估算的,這個(gè)原理就是爆炸物爆炸能量和坑深度的關(guān)系。 用這種方法估算出來(lái)的坑的深度有誤差,但是沒(méi)有數(shù)量級(jí)上的誤差,同等條件下的火箭的沖擊坑深度是可以類比的。 一般的情況下,爆炸物的炸坑深度和爆炸能量的1/3次方成正比,也可以說(shuō)炸坑深度的3次方正比于爆炸的能量。 隕石的撞擊當(dāng)量一般就可以用這個(gè)方法算出來(lái),1,000萬(wàn)噸TNT的撞擊當(dāng)量可以產(chǎn)生72米深的撞擊坑。 減速發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間乘以減速發(fā)動(dòng)機(jī)的功率,就是制造坑的能量。 除此以外,還有一種計(jì)算能量的方法,就是用著陸器發(fā)動(dòng)機(jī)起始工作時(shí)著陸器的速度的平方乘以著陸器的質(zhì)量,再除以2。 登陸火星時(shí)減速的過(guò)程,要比月球上減速要復(fù)雜 這里并不僅僅在于月球的重力加速度要小。 因?yàn)榛鹦怯幸粋€(gè)稀薄的大氣層,這個(gè)大氣層稀薄到對(duì)于減速的作用不大。 同時(shí)它的存在,又讓我們不能忽略它的摩擦作用,著陸器進(jìn)入火星大氣層時(shí),摩擦生熱溫度可以高達(dá)1600度(再入地球大氣層會(huì)超過(guò)3000度)。 所以火星著陸器仍然有防熱裝置,但是月球上的著陸器就根本不需要防熱,因?yàn)樵虑虮砻婢褪钦婵铡?/p> 火星上的大氣的密度只有地球大氣的1%,所以同樣的降落傘在火星上的減速作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如地球上?;鹦巧系闹懫鏖_(kāi)減速傘以后仍然會(huì)高速下降,在接近著陸地點(diǎn)的時(shí)候,減速發(fā)動(dòng)機(jī)要有強(qiáng)大的推進(jìn)力。 祝融號(hào)著陸器的減速火箭反推力為7500牛,這個(gè)減速火箭是西安生產(chǎn)的。我要告訴大家一個(gè)事實(shí):嫦娥5號(hào)登月艙也用相同的減速火箭,但是嫦娥5號(hào)的登月艙要大得多。 嫦娥5號(hào)飛船的總質(zhì)量是8200公斤,這其中含有軌道飛行器的質(zhì)量,因?yàn)檫@一部分是不降落在月球表面的。降落在月球表面的,只有著陸器、登月車、上升返回器。 落月這一部分的質(zhì)量目前沒(méi)有公布具體數(shù)據(jù)。但是它的結(jié)構(gòu)類似于美國(guó)阿波羅登月艙。 阿波羅飛船總質(zhì)量是45噸,其中指揮艙是6噸,圍繞月球飛行的軌道服務(wù)艙是25噸,剩下的著陸器為14噸。 但是嫦娥號(hào)的著陸器質(zhì)量占比較大,因?yàn)殒隙鹛?hào)的軌道飛行器不含有生命維持功能,阿波羅的軌道飛行器里面還有一個(gè)宇航員。 所以嫦娥5號(hào)著陸器的質(zhì)量應(yīng)該為總質(zhì)量的50%~30%之間,質(zhì)量在4噸到2.4噸之間。 使用相同的反推火箭,理應(yīng)對(duì)著陸面造成同樣大小的沖擊坑。 但是火星著陸器造成的沖擊坑明顯比嫦娥5號(hào)要深。 嫦娥5號(hào)下面火箭發(fā)動(dòng)機(jī)沖出來(lái)有一個(gè)淺坑,因?yàn)榛鹦堑牡刭|(zhì)條件也會(huì)影響坑的深度。 因?yàn)榛鹦巧显?jīng)有水,地表有沖積物覆蓋層,大家可以從圖片上看出來(lái),火星的地表類似黃土高原的地表,差不多就是土。 但是月球表面下面都是碎石。所以嫦娥5號(hào)的登月器用相同的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)造成的坑,大概也只有30公分深。 如果我們假定嫦娥5號(hào)登月器的質(zhì)量是3噸,那么阿波羅登月艙的減速火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該是嫦娥5號(hào)火箭的4.6倍。 這樣的火箭產(chǎn)生的沖擊坑的深度是4.6的1/3次方×30公分,等于55公分。 阿波羅登月器高有6米,寬有4.3米,所以這個(gè)55公分的坑,在龐大登月器的背景襯托下不太顯眼。 阿波羅登月艙的照片拍攝角度較低,下面那個(gè)坑也沒(méi)有完全拍出來(lái)。 美國(guó)登月肯定是真的,但是有極少部分照片,因?yàn)榉N種原因被處理過(guò)。 但是總的來(lái)說(shuō),月球上同樣的發(fā)動(dòng)機(jī)工作的時(shí)間可能要短一點(diǎn),吹出來(lái)的坑沒(méi)有火星上那么大,這也反映出火星的登陸比較困難,所以火星的登陸被稱為恐怖的7分鐘。 |
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