火星，我們真的來了
作者： ${content.author} 時間：2022-08-29 瀏覽量：17,942相知無遠近，萬里尚為鄰。從屈原向天叩問宇宙的起源，到中國航天走進火星，縱使有5000萬公里之遙，火星依然是我們無可取代的“好鄰居”。中國渴望用自己的雙眼，領略這個紅色星球的獨特魅力。
100年前，著名的現(xiàn)代火箭之父齊奧爾科夫斯基曾說道：地球是所有人類的搖籃，但人類不可能永遠生活在搖籃里。隨著科學的發(fā)展，這句話已然變成了現(xiàn)實。2020年7月23日，中國首顆火星探測器“天問一號”成功發(fā)射升空，并于2021年5月15日7時18分，成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區(qū)。
在開啟征程之前，我們必須想要了解我們是如何拜托地球引力的。同學們，你們來說一下，我怎么才能離開地球？大家都說對了，搭乘火箭！火箭是現(xiàn)代航天的重要運載工具，它的原型來自我們中國古人的智慧，而現(xiàn)代火箭的雛形，則出自于1929年，齊奧爾科夫斯基的著作《太空火箭列車》一書中對于多級火箭的設想。
同學們?yōu)槭裁次乙褂枚嗉壔鸺?？難道單級不可以嗎？我可以通過這件展品——多級火箭來比較一下。當我們按下按鈕，同時發(fā)射兩枚火箭，仔細觀看它們的不同在哪里？
這位同學說，多級火箭可以飛得更高。
還有呢？
多級火箭在飛行過程中不斷拋掉多余的部分！
嗯，觀察的很仔細。
那同學們呢，多級火箭為什么采用這樣的構造設計呢？拋掉多余的部分又意味什么？
這位同學們認為，多級火箭拋掉多余的部分等于減輕了自身重量，重量越輕跑的越快！這個回答一語中的！火箭是個“鋼筋鐵骨”的大個子，體重幾百噸。但是，這個“大家伙”體重的90%甚至更多都是燃料。以我國長征七號火箭為例，火箭的總重為500余噸，箭體外殼、電纜、儀器等重量加在一起只有50余噸，其余都是推進劑的重量。對于這輛火箭來說，本身的自重越小越好，能提供動力的燃料越多越好。
火箭從發(fā)射到預定軌道的整個過程，越到高空，隨著一級和二級火箭的脫落，“星箭組合體”重量越輕，火箭飛起來越省勁兒。就是這樣，火箭這個“鋼筋鐵骨”的大個子一直努力奉獻自己，讓衛(wèi)星等載荷奔向廣闊的太空。
為了應對高難度探索火星工程，我國特地研制了長征五號運載火箭，長征五號為大型低溫液體捆綁式運載火箭，擁有捆綁四個助推器的兩級半構型火箭，采用無毒無污染推進劑，火箭全箭總長56.97米，起飛質量約869噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉移軌道14噸的運載能力，可以完成近地軌道衛(wèi)星、地球同步轉移軌道衛(wèi)星、太陽同步軌道衛(wèi)星、空間站、月球探測器和火星探測器等各類航天器的發(fā)射任務。
那這么大的火箭用什么燃料呢？早在火箭發(fā)明之前，我們交通工具可以用汽油或柴油，也可以用電，飛機則使用航空煤油。后來，科學家發(fā)明了使用化學燃料推進的火箭發(fā)動機，火箭發(fā)動機以煤油、酒精、偏二甲肼、液態(tài)氫為主要燃料，同時需要攜帶液態(tài)氧等作為氧化劑助燃，液體燃料和氧化劑統(tǒng)稱為推進劑。從理論上看，液態(tài)氫最適合做推進劑，因為氫氣能量密度比較大。據(jù)統(tǒng)計，1克液氫充分燃燒可以產生145千焦的熱量，而1克煤油或汽油只能產生45千焦的熱量。同時，氫氣是最清潔的能源之一，燃燒只生成水，沒有任何其他廢物，而且無積碳、無污染，是多級火箭燃料的最佳首選。
這個綠色能源——氫能源的展項就為我們介紹了可再生能源氫能。
同學們，仔細觀看，展項中氫氣是如何制取的呢？這位同學說，發(fā)現(xiàn)有電極，上面正在冒泡泡！這是水的電解反應，當我們將正極和負極通入水中，正極會產生氧氣，負極會產生氫氣。我們的火箭正是使用了氫氣和氧氣燃燒產生的巨大推力！
氫廣泛分布于地球中，不過絕大多數(shù)以化合物的形式存在著，最常見的就是水的化合物。要獲得能夠釋放氫能的單質氫，只能靠人工制取的方法。海水可以成為氫的最大來源，而氫與氧反應后所得產物是水，不會向環(huán)境釋放其他有害物質，由此形成一個“水-氫-水”的良性循環(huán)。
2020年7月23日，我們的“天問一號”就是搭乘著長征五號這個外號為“胖五”的舉行火箭升空的。今年2月10日被火星引力捕獲，“天問一號”三個部分整體進入火星軌道。隨后將認真研究火星表面的情況，并反復確認著陸點和最優(yōu)著陸窗口。一旦確認，環(huán)繞器繼續(xù)在軌工作，著陸器攜帶巡視器開始最艱難的火星著陸之旅。
登陸火星最艱難的莫過于“恐怖七分鐘”。由于火星距離地球過于遙遠，無線電通信延遲長達幾十分鐘，而登錄火星需要在7-8分鐘內完成，所以靠人工控制顯然是不可能的，這一切全要靠著陸器自己完成，這個過程及其困難。上千個復雜動作，稍有不慎便會任務失敗，用“刀尖上跳舞”來形容一點都不為過。據(jù)統(tǒng)計，人類目前完成的44次火星著陸任務，成功率不到50%，難度可想而知。著陸成功后，著陸器會與環(huán)繞器聯(lián)絡，把數(shù)據(jù)傳回地球。一旦確定著陸成功，著陸器會放出導軌，巡視器開機，開始巡視工作。
既然著陸成功，我們不妨借助火星探測器這個展項來體驗一下火星車。
同學，你來按下“開始”按鈕，操作搖桿控制火星車尋找火星石。你來說一下有什么感受？
這位同學說，感覺反應很慢，有延遲。我們仔細觀看，會發(fā)現(xiàn)延遲大約10秒左右。
哎，同學們，火星車的操作不同于月球車，真正的火星車不能靠人工操作，因為火星過于遙遠，信號傳輸需要20分鐘，來回一次就是40分鐘，當我們操作這個火星漫游車展項是，這正是模擬火星到地球的信號延遲。所以我們的火星車必須配備“超強大腦”來實現(xiàn)自動化。
成功發(fā)射并登錄火星的漫游車有旅行者號、勇氣號、機遇號、好奇號。我國的火星車名為“祝融號”，以火神之名字命名主要是寓意我國的星際探索的火種，指引人類對浩瀚星空、宇宙未知的接續(xù)探索和自我超越。
探測火星不僅是中國航天工程任務難度的新突破，更是行星科學領域的史無前例的突破?！疤靻栆惶枴钡某晒Ρ貙⑼苿游覈暮教焓聵I(yè)再上新臺階，希望我國可以在火星探測的基礎上，不斷加快向更遠深空邁進的步伐，早日實現(xiàn)習近平總書記“一步一個腳印開啟星際探索新征程”的殷切期望。
