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在火星轨道玩“碰瓷”真是件容易的事吗?

中国天问一号探测器目前正在环绕火星的停泊轨道上运行,在充分了解着陆区地形地貌以及天气状况后,天问一号将择机释放火星车在预选区域着陆,开启在火星地表的巡视探测。

天问一号将在火星着陆

说是“停泊”,其实天问一号并不会真正停下来,停泊轨道是一个环绕火星南北极的稳定椭圆轨道,它距离火星表面最近距离大约是280公里,最远时达到5.9万公里,周期是2个火星日。尽管宇宙浩瀚,火星周围的探测器很少,但美国人依然表达了“担心”,NASA说“我不知道你在哪里,你会不会撞到我啊?”

天问一号正在环绕火星飞行

火星探测器会发生意外撞击吗?如果意外碰撞会有什么样的后果?

在我们地球周围有几千颗卫星和数以百万计的太空垃圾,除了刻意进行的反卫星实验外,我们很少听说有卫星相撞事故。一个重要的原因就是空间非常大,尽管卫星很多,但它们都按照一定的规律在各自轨道运行,相互之间发生碰撞的概率就非常非常低――即便故意碰瓷也不见得能撞上。

目前围绕火星飞行的探测器总共有8颗,包括美国的“奥德赛”、“侦察轨道器”和“玛文(MAVEN)”,欧空局的“火星快车”和“ExoMars轨道器”,印度的“轨道飞行器”,阿联酋的“希望号”和中国的“天问一号”。

几颗环火星探测器的轨迹

由于各自肩负任务不同,这些探测器环绕火星的轨道也会不一样。比如说美国的“侦察轨道器”主要担负对火星表面的探测和雷达成像,它距离火星表面最近时仅250公里、最远316公里、每112分钟兜一圈,几乎是贴着火星大气层在飞;“奥德赛”是400公里的圆轨道,它主要用来拍照、探测矿物、分析火星大气上方的辐射环境;“玛文”研究火星高层大气和电离层,它的最低轨道只有150公里、最远时距离火星6200公里,每4个半小时它就会进入一次火星大气层。相比之下,印度探测器近火点为422公里、远火点达76994公里;阿联酋的“希望”号则在20000~43000公里的超同步轨道上运行,离火星更远。

未来天问一号的科学轨道示意

中国的天问一号探测器一方面要对火星表面精确成像,同时肩负探测火星磁场和行星周围太阳风的任务,还要择机将着陆器释放到火星表面,因此天问一号会不时调整自己的轨道。但正如前文所述,火星周围的空间非常大,天问一号无论怎么调整轨道,它与其它几个探测器特别是美国探测器相遇的可能性极低,撞击基本不会发生。

火星碰瓷很难

既然如此,美国人究竟“担心”什么呢?我们从NASA公开发布的声明看“这种有限的信息交流,有助于确保卫星操作者之间有效沟通和航天器在轨道上的安全。”似乎美国人关心的只是航天器的安全,因为每一颗探测器都耗费巨资,也寄托了许多科学家的期待。但实际上,除中国天问一号之外,美国早已经掌握了所有环火探测器的精确轨道参数,NASA与欧空局的合作是密切的,印度探测器的遥测一开始就打包给了美国人完成,阿联酋的“希望”号其实就是美国卫星贴牌。唯独中国探测器的参数他们不了解。

阿联酋希望号是美国产品

天问一号火星探测任务是一个纯粹的科学项目,轨道参数本来不需要“保密”,同时外界也没必要了解得那么详细,所以我们选择只公开大致轨道高度和倾角。美国想了解更细的数据,就需要拿他们自己的信息来交换,这让NASA犯了难。因为美国有一个“沃尔夫条款”限制了双方在高科技领域的交流,怎么办呢?NASA只有以安全为由向国会申请绕过“条款”约束。

2021年3月中旬,美国和中国的两颗气象卫星先后发生不明原因的“解体”,一时间引发种种猜测。有朋友担心NASA此时讨要天问一号详细的轨道数据是否包藏了什么不可告人的阴谋,其实大可不必:火星太远,缺乏近距离实时跟踪手段,即便给了精确的轨道数据,要想遥控它的探测器来撞击代价太高、没有意义,得手的概率也几乎为零。

环地球轨道撞击是有可能的

NASA之所以冒着触犯“沃尔夫条款”的风险(违反意味着停止拨款)来与天问一号团队沟通,其目的当然不是“担心碰撞”或人为“制造碰撞”,而是想以此为借口推进“多任务自动化深空连接评估过程”(MADCAP)项目。NASA希望以此建立起一个顺畅的沟通渠道,以掌握天问一号着陆器进入火星大气的全过程。

美国凤凰号通过地震波探测火星内部信息

还记得美国“凤凰号”火星探测器吗?它没有轮子,但安装了极为灵敏的地震仪,通过探测天问一号着陆器降落过程中引发的震波,再与其飞行轨迹和着陆点进行实时比对,可以获得火星内部更多的构造信息。这或许才是NASA大费周章来讨数据的真正意图吧。