猫和老鼠之飞向火星,飞向人马座介绍了哪方面的天文知识?

2023-07-06 21:00:04 43阅读

猫和老鼠之飞向火星,飞向人马座介绍了哪方面的天文知识?

《飞向人马座 》是由“中国科幻之父”郑文光于1978年发表的一部科幻小说。

本篇描写的未来战争中,人类要争夺太空,主人公邵子安在结束一场战争后立即投入装备仪器,最后又率队赶去人马星救援被困人员,留给心上人的只能是简短的几句话,字字暖人心!表现了一种崇高的爱情奉献。

猫和老鼠之飞向火星,飞向人马座介绍了哪方面的天文知识?

作者简介

郑文光,1929年生于越南。1954年开始发表科幻小说。1983年因患脑血栓停止创作。主要作品有《火星建设者》、《猴王乌呼鲁》,中篇《飞向人马座》、《命运夜总会》,长篇《神翼》《战神的后裔》等。另有学术著作《康德星云说的哲学意义》、《中国古天文学源流》,翻译作品《宇宙》、《地球》等。曾任中国科学院北京天文台研究员、中国作家协会会员、世界科幻小说协会会员。郑文光是出生在越南海防的华侨,解放初回国。郑文光受过系统的天文学教育,像当时的很多科幻作者一样,学术研究是他的主业。郑文光自幼喜文,十一岁就在越南的《侨光报》上发表作品。这样的经历使郑文光具有超过一般自然科学家,甚至超过一般科普作家的功底。

目录

总序

一 风雪的黄昏

二 上海小姑娘

三 宇航时代的奇迹

四 总工程师邵子安

五 三个意外的乘客

六 严峻的道路

七 一场争论

八 “东方号”上的图书馆

九 一堂天文课

十 在宇宙船外面

十一 岳兰的实习飞行

十二 抢救

十三 超新星

十四 天文台

十五 前方有一颗恒星吗

十六 在战火纷飞的日子里

十七 稠密的星际云

十八 中微子电讯机

十九 遥远的太阳

二十 和黑洞搏斗

二十一 女飞行员程若红

二十二 亚光速飞行

二十三 “H”

二十四 秋天?还是春天

后记

天问一号距离火星多少公里?

离火星还1200万公里。

截至12月14日21时,天问一号探测器已在轨飞行144天,距离地球超过1亿公里,飞行里程约3.6亿公里,飞行状态良好。

“日月安属,列星安陈?”两千多年前,诗人屈原发出对宇宙奥秘的“天问”。今天,天问一号正带着中华民族数千年的上下求索,跨过数亿公里的银汉迢迢,去探究这颗神秘红色星球的奥秘。

受天体运动规律影响,火星与地球距离在0.5亿公里至4亿多公里周期性变化。天问一号到达火星附近时,距离地球约1.9亿公里。

天问一号自7月23日发射以来,已成功完成地月合照、探测器“自拍”、三次中途修正、一次深空机动、载荷开机自检等工作。后续,天问一号还将进行数次轨道修正,预计明年2月份接近火星后“刹车”,实施制动进入环火轨道。

故乡已远,目标渐近。1亿公里相当于2499个地球赤道长度。现在,天问一号正以每秒18.6公里的对地速度飞向火星,预计在不到两个月的时间里造访我们地球的“姊妹星”。

乘坐现在的飞行器需要多长时间?

至少七个月,这只是无人探测器的飞行时间,如果是载人登陆火星,目前还无法做到,不过我们可以从探测器的抵达过程来推测载人登陆的情况。

自从发现金星地表的平均温度高达460℃之后,人类暂时放弃了登陆金星的计划,因为这么高的温度可以将金属铅都融化掉,探测难度可想而知。

所以近十几年来,关于探测地外行星的新闻,大多来自于火星探测。2021年6月11日,我国“祝融号”火星车公布了第一批传回的火星照片,这标志着我国在火星探测领域,成为第一个首次火星探测任务,就完成了对火星的环绕、着陆和巡视探测三项任务的国家。

以人类探测月球的经验来看,下一个火星探测任务应该是带回火星土壤样品了。美国和日本计划在2026年和2027年两年内,取回一些火星和火卫一的样品。我国也计划2028年前后,实施火星取样返回任务。

但是火星与地球的距离,始终是火星探测的难点之一。火星与地球的公转周期不同,地球绕太阳转一圈是365天,而火星则需要686天23小时,而且两者公转的轨道不同心,这导致两者之间的距离是不断变化的。

因此火星与地球最近的时候约5600万公里,而距离地球最远的时候达到了4亿公里。

一般情况下,各个国家发射探测器到火星时,都会选择探测器接近火星时,恰巧是火星距离地球最近的时候。

也就是说火星探测的发射,有一个时间窗口期,这个窗口期为26个月,这也是为什么各个国家扎堆发射火星探测器,因为错过了就要再等两年以上。

那么以人类现在的技术,要多久才能到达火星呢?我们从四个方面逐步分析,探测器登陆火星,必须要经历下面四个过程:

1、摆脱引力,离开地球

把探测器发射到火星上,首先要搞定的就是脱离地球引力,冲出了地球轨道,才能往火星靠近。

相信很多朋友都知道三大宇宙速度,如果飞行器的速度达到了7.9公里/秒,就可以环绕地球飞行而不掉下来。比如卫星、空间站等,都是以这个速度在高空飞行,但始终是在地球引力的束缚下飞行,7.9公里/秒就是第一宇宙速度。

想要彻底摆脱地球引力的束缚,就需要进一步加速,于是就有了第二宇宙速度11.2公里/秒,只有飞行器达到了这个速度才能够往火星的方向飞行。

但是以人类目前的技术,根本没办法在大气层内把速度提升到11.2公里/秒,所以要先把航天器发射到近地轨道,那里没有空气的阻力,然后再把与地球的相对速度提升到10.9公里/秒就可以摆脱地球引力了。

然而,将飞行器送到环绕地球的轨道就已经很困难了,巨大的火箭需要消耗巨大的燃料才能把数吨中的物体送入太空。

现在的火箭,平均100吨自重,仅能运送3~5吨重的航天器进入环绕地球的近地轨道(一般在200~2000千米高),将卫星送到35786千米的地球同步轨道,都要使用三级以上的火箭。

当年美国阿波罗登月,使用的土星五号火箭重达3000吨,也仅仅能够运送45吨左右的飞船到地月转移轨道。

运送探测器到火星就更加困难了,我们就以好奇号火星车为例,这是迄今火星探测最成功的火星车。

负责承载好奇号的是宇宙神5-541火箭,核心动力部分包括1个宇宙神-5 型核心级、4个固体助推器和1个半人马上面级发动机,使用了5.4米直径的超大整流罩。

整个火箭的总重为531吨,远没有土星5号重,但是它运载的好奇号组合才3.8吨重,仅占火箭重量的0.7%,而好奇号火星车的核心部分只有0.9吨,其余部分都是为火星车着陆准备的,可见运载效率有多低。

(宇宙神5-541 火箭基本结构)

幸好登陆火星只需要达到第二宇宙速度了可以了,如果要冲出太阳系,则至少要达到16.7公里/秒的第三宇宙速度,那将是更加复杂的过程。

所以登陆火星的第一步,就是要摆脱地球的引力,需要超大运载火箭,这还只是发射无人探测器。试想发射载人宇宙飞船,需要多大运力的火箭!

2、霍曼转移轨道——火星探测器的长途之旅

现在我们已经摆脱了地球的引力,以相对地球11.2千米/秒的速度往火星飞去,但事实上人类的速度极限是相对太阳45千米/秒。

如果按照火星距离地球最近时的5600万公里来算,以45千米/秒的速度飞行,探测器到达火星应该不超过半个月。

但实际上不能这样算,因为航天器实际运动轨迹一定是符合万有引力定律和开普勒天体运行三大定律的椭圆,椭圆的焦点是主要引力源,在太阳系内自然是太阳。

所以探测器从地球出发去火星,就无法绕开太阳的引力不谈,而要摆脱太阳引力直线飞行,飞船需要携带大量的燃料来助推探测器,以目前的技术根本无法做到。

1925年,沃尔特·霍曼博士想出了一个以节约能量为原则的星际旅行方案,该方案被后人称为霍曼转移轨道。按照霍曼博士的方案,发射探测器到火星,一共只需要两次助推就可以了,其余大部分路程只需借助太阳、地球和火星之间的引力,而不需要助推。

我们假设地球和火星的轨道都是圆的,霍曼转移轨道的大致思路就是:

在地球和火星的环绕太阳的轨道之间选择一条椭圆路线,椭圆与地球运行的轨迹外切,与火星运行的轨迹内切,以太阳为椭圆的一个焦点。

(①是地球,②是火星)

这样的话,火星探测器在脱离地球引力时,只需要在地球公转速度上加速即可,探测器的速度可以达到32.7公里/秒,然后沿着霍曼转移轨道绕行,这个过程中是不需要任何推力的。

当探测器快要抵达火星时,速度会慢下来,大概为21.5千米/秒,此时需要点燃助推系统,让飞船的速度加速到跟火星公转速度一样,也就是24.1千米/秒。

如果你对数字不够敏感,我们就换一种说法:火星探测器从地球发射,靠着火箭推力送入地球公转轨道围着太阳转。当探测器接近火星公转轨道时,点燃助推系统,飞入火星公转轨道追赶火星。

也就是说探测器一共只需要两次助推:脱离地球引力和并入火星轨道,其他路程完全靠太阳、地球和火星三者之间的引力绕飞。这可以最大限度的节约能源,飞船不需要携带大量的助推剂就可以到达火星。

霍曼转移轨道有着巨大的优势,可以大大降低燃料消耗,也降低了的对推进系统的要求。

火箭发送探测器到地火转移轨道的运输效率不到1%,能节省一吨燃料就意味着火箭重量可以减少超过百吨,这样做大大降低了对火箭的要求,同时拓展了探测器的设计空间。

但是霍曼转移轨道的缺点也很明显,就是所需时间特别长,探测器需要按照椭圆轨道飞行,走完整个轨道至少一半的路程。

火星距离地球最近的时候为5600万公里,而标准的霍曼转移轨道却长达6亿公里,探测器需要飞行至少260天左右。

这还只是理论数据,是把火星轨道按照圆形来计算的,并且假设火星与地球轨道在同一个平面。如果按照火星椭圆形公转轨道来计算,把0.1的偏心率,以及火星轨道平面与黄道平面1.8度的夹角算进去,计算过程要复杂的多。

这是探测器登陆火星的第二个过程,在这个过程中,基本上回答了地球到火星所需时间的问题:从地球发射探测器到火星,至少需要260天时间。

3、抵达火星、切入轨道

现在我们的探测器经过超过6个月的飞行,终于到达了火星附近,接下来探测器要切入火星的卫星轨道,这个过程也非常具有挑战性。

此时的探测器跟火星的公转速度是差不多的,但是火星的引力会让探测器加速,如果动力辅助,探测器会从火星旁边飞过或者一头撞进火星大气层。美国的“水手4号”探测器,就是被甩了出去,从火星旁边飞过而没能切入火星轨道。

既然这样,我们使用助推系统给探测器减速不就行了,速度慢下来就可以进入火星轨道了啊!但是事实上却没那么容易,因为探测器根本无法携带那么多燃料来减速。

就拿印度曼加里安探测器为例,总重1337千克,燃料有852千克;考虑到余下的基本结构、太阳能电池板、发动机和基本控制导航器件等,真正用于科研的设备仅有13千克左右。

印度的曼加里安探测器抵达火星影响范围后,开始启动动力反推,最终的结果是,探测器在整个旅途中消耗了800多千克燃料,给火星探测器环绕飞行留下的燃料,仅剩40多千克。

即便如此,该探测器的绕飞路线都不是特别好,其工作的轨道是一个近火点距离火星420千米,远火点与火星之间的距离达到了7.7万千米的超大椭圆。只有探测器在近火点的时候,才能从火星上搜集各种数据传回地球。

为了探测器能够以最节约的方式进入火星轨道,科学家们想出了空气刹车的方案。起到刹车作用的,是火星侦察轨道器上的太阳能帆板,利用帆板与火星稀薄的大气产生摩擦,降低火星的飞行速度。美国航天局曾经公布,利用空气刹车可以节约600千克的燃料!

另外,探测器切入火星轨道的整个过程,只能靠着自带的智能程序完成,在地球上无法对其进行实时遥控。因为以火星与地球的距离,无线电信号需要至少22分钟才能够单程到达,往返所需时间会更长。

所以说,从地球发射火星探测器,不仅飞行过程复杂,进入火星卫星轨道绕飞也非常困难。

4、最后一关:着陆火星地表

经过前面的三大挑战,我们终于到了最后一关:火星车着陆!这一关过不了,前面的努力就功亏一篑了。

在地球上执行航天器回收任务,靠的是大气层的减速效果,但是在火星上着陆,仅仅靠大气层是不够的,因为火的大气层太稀薄,探测器着陆必须靠反推力协助。

当探测器飞行到距离火星地面131千米的时候,便开始利用喷气发动机严格控制着陆轨迹,计算机开始计算以目前的角度入轨所产生的热量是多少。如果热量过高,就会超过探测器隔热层所能承受的极限,如果热量过低,说明探测器的着陆方向错了,就会滑向深空。调整好角度之后,探测器会以5900米/秒的速度冲进火星大气层!

当探测器到达距离火星地表45千米时,探测器隔热层的问答达到了恐怖的2100℃,而钢铁的熔点野菜1500℃,所以探测器需要复合材料升华来降低温度。

靠着隔热层与火星大气的摩擦,探测器的坠落速度降到了450米/秒,在距离火星地表11千米的时候,高50米,直径15米的大型降落伞打开。降落伞打开时,瞬时阻力相当于29.5吨的重量,探测器承受了自身重量10倍左右的冲击力。

当探测器距离火星地面8千米时,坠落速度已经很慢了,空气摩擦的热量已经不再是问题,此时探测器外部的隔热层会脱落。隔热层脱落5秒之后,探测器的雷达开始工作。

此时雷达要时刻检测探测器着陆点的环境,并通过计算调整探测器的着陆状态,降落伞在完成任务后也开始脱离探测器。

(好奇号火星车着陆过程)

探测器抛开降落伞之后,也不能直接落地,直接撞向火星表面是肯定不行的。此时探测器携带的反推火箭开始工作,着陆器底部的探测系统对着陆点的环境进行分析,探测器要选择一块宽阔、平整的地表着陆。

好奇号火星车采用的不是火箭反推的方式着陆,而是采用了空中吊车的方案。好奇号被吊在装有8枚反推火箭的空中吊车下面,缓缓的降落在火星地表。

至此,无人火星探测器在经历一系列挑战之后,终于着陆在火星地表了,这只是无人探测器登陆火星!

5、结语

前面我们介绍了火星探测器从地球出发,靠火箭助推脱离地球引力,进入霍曼转移轨道,历时至少260天的时间,到达了火星附近。

然后靠着空中刹车的方案,慢慢的进入火星绕飞轨道,最后利用火星大气层的减速效果,以及探测器的反推动力,并经过精密的探测和计算,火星车终于着陆在了火星地表上。

这是人类在探测火星领域,能够达到了的最高技术水平了,如果想要载人登陆火星的话,只能发挥想象力,载人登陆火星的过程要复杂的多。

载人登陆需要将一个能够维持宇航员至少八个月的生存所需的生命保证系统,这样的宇宙飞船重量不是一颗探测器能比的,这还只是单程前往火星。

因此,人类从地球到火星,发射无人探测器需要至少260天时间,如果是载人登陆的话,暂时无法给出答案!

你觉得人类什么时候能够实现载人登陆火星,如果是单程旅行的话,你愿意去吗?欢迎在下方评论区写下你的看法!

祝融号发射地点?

海南文昌航天发射场,祝融号是中国的第一个火星车。他在2020年7月23日的中午12:41分利用长征五号遥四运载火箭发射成功。之后火箭脱离,天问一号带着祝融号火星车飞向火星。祝融号火星车,它的高度在1m85,重量204kg。使用寿命三年。这也是我国的第一辆火星车。

我坐上了飞向黑洞的飞船作文?

我做成了飞向黑洞的飞船。3万年以后,我坐上了飞向黑洞的飞船,大飞船做得非常的漂亮,就像弯弯的月亮一样,两头尖中间宽。当然他的动力特别的强劲,有18,600千瓦每秒。

我坐在这样的飞船里,慢悠悠慢悠悠地向着黑洞飞去,和我们一同飞向黑洞的还有许许多多的星球,就像我们经常说到的月球,木星,火星都和我们作伴呢。在飞向黑洞的过程中,我们并不觉得害怕,因为我们知道那是生命重生的地方,在那里我们可以跨越时空,穿越时空,在不同的时空中不停的转换角色,实现人生更大的梦想。

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