Deep Dive
Why did the Mars 6 mission face significant challenges?
Mars 6 experienced issues with its radio signals, which were weak and did not provide accurate feedback on the probe's status. Despite continuous efforts by Soviet ground control to send telemetry commands, the probe could only confirm it was still operational but failed to relay detailed information about its condition or executed commands.
What were the outcomes of the Mars 4 and Mars 7 missions?
Mars 4 failed to decelerate properly due to its retro-rocket not activating, causing it to fly past Mars instead of entering orbit. However, it managed to capture several high-resolution photos of the Martian surface and collected atmospheric data using an ultraviolet sensor. Mars 7's lander was released prematurely at incorrect position, angle, and speed, resulting in it also flying past Mars without landing. Both probes eventually became artificial planets orbiting the Sun.
How did the Mars 5 mission contribute to Martian exploration despite its issues?
Mars 5 successfully entered Martian orbit but suffered from a leak in its pressurized cabin, which shortened its operational lifespan. Despite this, it managed to capture over 100 photos, though only 43 were usable. It also conducted various scientific measurements, including solar wind analysis, atmospheric studies, and surface composition analysis, before losing contact after three weeks.
What was the significance of the Mars 3 mission despite its short operational time?
Mars 3 was the first human-made object to land on Mars, surviving for 14.5 seconds and transmitting 79 lines of image data. Although the images were unclear, they marked a significant achievement in space exploration. Decades later, its landing site was identified using high-resolution images from NASA's Mars Reconnaissance Orbiter, confirming its historic landing.
Why did the Soviet Union shift its focus from Mars to Venus in the 1970s?
The Soviet Union shifted its focus to Venus due to the high failure rate of its Mars missions and the perception that Venus missions had a higher success rate. This strategic change was influenced by new leadership at OKB-1 and the Soviet Space Research Institute, who prioritized more reliable and achievable goals over the challenging and less successful Mars exploration efforts.
- 苏联火星2号和3号探测器取得有限的科学成果
- 1973年计划发射四个火星探测器
- 电子元件缺陷导致任务失败
- 质子号火箭在70年代后质量稳定
Shownotes Transcript
了解科学 爱上科学欢迎收听科学时评话上文书咱们讲到了先去者 11 号成功的穿过了土星环拍到了不少土星的照片取得了空前的成功而且还为后续的旅行者计划探出一条路也就是说呀
借助引力弹弓从土星环边上擦过去那是可行的这个土星环里边啊它没有多少大石头也没有什么大冰块它都是很小的颗粒穿过去还是能够保证安全的
然后呢先驱者号的既定任务就全部完成了剩下的时间就是发挥余热嘛去探索太阳系的边缘最终还是飞出太阳系的引力范围只不过呢这个过程就非常的漫长了星际空间呢就是这么广袤无垠呢咱们按下美国人目标啊这几年苏联人都在干什么呢
这几年呢苏联人盯上火星了尽管呢这个苏联人的火星二号和火星三号两个探测器也给火星拍了几张照片但是没有什么太大的科学成果啊你瞧人家美国的水手九号那足足拍了七千张照片啊那极大的拓展了人类对于火星的认知那风头是完全盖过了苏联人苏联人心里能服气吗那不可能啊
苏联人就觉得呀这个纯属自己点背啊这火星二号尽管释放了着陆器那个着陆器尽管摔坏了但好歹也算是人类第一个抵达火星表面的探测器啊也是个人造物啊你要问怎么过去的那就是死过去的是吧这个金星三号呢那是实实在在实现了着陆哦这个成绩你不容我杀呀但是
照片传输回来仅仅维持了 14.5 秒它就挂了这探测器好歹也算是开始工作了这比上次有的有进步吧当然了咱们先剧透一下苏联解体以后有人去翻档案发现这个火星三号在那 14.5 秒的时间呢还是传回了 79 行图像数据的尽管呢这个实在是不太清楚效果不太好但的确也算是着陆地点的照片吧
只是苏联人当时觉得这东西拿出去没脸见人也就没拿出来发表于是就引发了人的好奇心这个火星三号它到底掉在什么地方了它周围到底是个什么环境呢
巧了 2007 年美国人的火星勘测者轨道器卫星拍摄了大量的有关火星表面的高分辨率照片而且还全都公开给大家研究这个俄国人就来兴趣了他们招了一大群志愿者硬是在这一堆照片里面找了足足三年那个照片太多加起来一共 18GB 好家伙最后找来找去找到了火星三号的痕迹这
这探测器本身是很小的掉地上不太容易看见但是它那降落伞比较明显就大概知道应该掉在这附近又过了五年一直到 2013 年俄国人才和美国的喷气推进实验室一起宣布终于找到火星三号的着陆器残骸了毕竟这是人类第一个着陆火星而且还活了 14.5 秒的探测器这个荣誉还是要算在苏联人头上尽管这个时候苏联已经不存在了
好了我们扯远了还是扯回来尽管这个火星三号落在火星上它就挂了但是还是给了苏联人很大的信心下次的表现怎么也得比上次强对吧于是他们打算就在 1973 年这个窗口期干一票大的他们打算在这一年发射四个探测器那个
那个金星四号和金星五号是环绕器绕着火星拍照片金星六号和金星七号呢是着陆器这个探测器本身不环绕火星直接飞越而过这样的话呢这个探测器的设计就可以简化了也就是说环绕任务和着陆任务完全分开分成两个探测器然后每个任务也要一事两份咱们搞个双保险那可不就变成了四个探测器吗这工作量一下就加大了
没办法你加班加点也得给搞出来你要想快呀那就容易出事这个俄国人干活吧他本来就比较粗糙这是萝卜快了不洗泥现在呢质量就更加得不到保证了
比如说按照航天规范那晶体管的引脚必须是金的因为金子的抗氧化能力非常强啊但是他们那个沃罗涅日工厂生产的晶体管吧它以次充好它本来应该用黄金引脚的它给换成绿的这个绿的它这个抗腐蚀能力能跟金子一样吗
你哪怕换个镀金的呢都不舍得你直接就换铝的你这太偷工减料了反正吧诸如此类的质量问题啊它比比皆是你想苏联电子工业本来就比不上美国人你这还偷工减料当然这也跟苏联当时大环境有关系嘛当时是苏联的停滞时期这个勋章帝他屁事不管你好我好大家好上梁不正下梁歪呗是吧
这个火星六号探测器后来发现电源有问题你等查出来已经晚了为了赶在美国人的海盗号之前发射那就只能赶鸭子上架呗好在苏联的质子号火箭还是给力的
60 年代刚出厂的时候经历了一大串失败但是进入 70 年代以后呢这产品质量就稳定下来了基本上就没再掉链子这火星四号五号是 1973 年的 7 月 21 号和 25 号发射的剩下呢就是下个月 8 月 5 号和 9 号发射了火星六号和七号这四次发射都是非常成功的火箭没问题
但是吧这几个探测器是真的不让苏联人省心这刚过了一个多月这火星六号就出 bug 了这火星六号的无线电信号不正常
苏联的这些地面测控人员那真是尽心尽力是不抛弃不放弃还是在不断的通过设立在克里米亚半岛的叶夫帕托里亚的 NIP-16 地面无线电工程综合体给火星六号发出各种各样的摇测指令希望火星六号能收到消息以后回复
但是把这个火星六号传回来的微弱信号并不包含现在探测器的状态它只能表示我还活着我还有一口气未来所有的操作呢都没有办法得到正确反馈你到底执行了没执行啊你执行到什么程度了它都不知道反馈回来的信号呢不包含任何信息这还不是最糟糕的这叫乌漏偏逢连夜雨这火星四号和七号也出毛病了
这问题还是出在电子元件上所以火星四号需要刹车的时候反推火箭没开机结果就导致火星四号没办法减速它没办法进入环绕轨道只能飞略而过尽管如此火星四号还是趁机会拍摄了若干张火星表面照片分辨率也还不错一个像素相当于火星表面的 100 米见方而且还用紫外传感器获取了火星大气的数据
这个火星 7 号呢它本来是个着陆器它本体应该是不减速会飞略而过但是着陆器呢被扔出来以后它是要减速的结果啊这个着陆器它着急了一点它提前释放了这个位置也不对角度也不对速度也不对
就导致这个着陆器它也是飞掠而过它根本就没落到火星上这俩家伙最后都变成了绕着太阳飞行的人造行星了哎呀谁叫他们用了不合格的电子软件呢你瞧这吊链子啊
这个火星五号暂时还没出啥幺蛾子在完成了三次轨道修正以后这个探测器总算是顺利的进入了环绕火星的轨道了但是吧这探测器这个时候增压密封舱泄漏了
咱们以前不是说过吗苏联人他为了省事他们探测器里边那个仪器舱啊是完全密封的内部维持着 20 度的恒温和地球上是保持一致的内部维持一个大气压的压力和地球上也是保持一致的这样的话呢这仪器设备只要在地球上测试了没事那在火星轨道上理论上也是没事的
但是偏偏它就出事了增压密封舱漏气了这个温度压力它都维持不住了这就意味着这个探测器的寿命已经没几天了那没办法只能抓紧工作它前前后后拍了一百多张照片因为拍的太匆忙传回来一看哎呀都拍糊了这只有 43 张是能用的
探测器上的其他仪器也得抓紧工作电子光谱仪去测太阳风高能带电粒子的能量数量组成温度压力速度还有无线电天线赶紧扫描火星大气层的温度压力和电力层表面辐射仪要赶紧检测火星表面的土壤成分获取
火星岩石的伽马光谱这红外线温度表测一下土壤的温度红外线分光光度计用来测量这个土壤的光谱这些数据对以后研究土壤的成分那是很有用的
对了还得测量一下大气的水蒸气含量和臭氧含量最后是测火星的磁场哎呀这一大串数据天天测天天往回发这火星五号坚持了三个礼拜绕着火星转了 22 圈最后一次和地面的通信是在 1974 年的 2 月 28 号这二月底了嘛这火星五号算是彻底失去了联系
你要说这火星五号成功呢也算是成功啊它毕竟进入环绕火星轨道了而且还读了那么多数据回来但是吧这寿命实在是短了点啊你你这折扣打的是不小啊那不管怎么说呀这四颗探测器你终于有一个比较争气的啊总算是没有全军覆没
但是让苏联地面测控人员没想到的是 1974 年的 3 月 12 号他们接收到了来自于火星 6 号着陆器的无线电信号到了半天这家伙还活着呢
哎呀这个火星六号的无线电啊发射机出毛病了但是接收机和控制系统他没毛病这地面测控人员发的信号呢这火星六号全受到了而且全执行了这轨道修正啊也做了啊总体完成的还不错只是这个家伙没有办法报告自身的状态地面测控站也就没法精准的对他进行位置确定啊
你速度各种参数都定不下来那到底你现在这个轨道该修不该修该修多少它完全就成了一笔糊涂账了所有的轨道修正参数那都是瞎猫碰死耗子因此这个探测器的轨道和预期的就不太一样尽管如此这个探测器还是很忠实的根据预先定好的流程顺利的就把着陆器一下给扔下去了
就在距离火星 4.8 万公里的地方着陆器和主体就分离了然后对着火星大气层一个猛子就炸下去了当时的速度是 5.6 公里每秒三分钟以后借助火星大气的减速速度就降到了 600 米每秒了这个时候着陆器应该是在 20 公里高空从现在到落地还剩下几分钟时间了
在这个过程中着陆器上带的小火星车一直在送信号这信号时段时序非常非常弱你想那么大个小火星车能有多大的功率是吧地面上就开始从小火星车上获取各种大气数据到最后小车的数据就断线了估计就是要进入最后的软着陆状态了要抛掉降落伞了
预计呢过了两分半钟这着陆器你横竖该落地了吧一切安稳的话这无线电就应该发出信号了但是左等没信号右等没信号这才确定这个着陆器啊应该是下去的时候摔扁了那就彻底没戏了
整个着陆过程前前后后一共传输了 224 秒的数据有很多数据都没法读取那信号太弱了只能知道个大概知道一点大气方面的数据比如说电离层的电子密度这个是知道的
所以这次苏联发了四颗探测器那真是下了本了到最后也只能说是部分成功算上以前发的探测器他前前后后发了 15 颗了苏联人反正就是和火星换冲他没有一次是顺利的
所以苏联领导就对这个火星探测他没了兴趣了这个时候恰好呢 OKB-1 设计局的这个领导人就从科罗廖夫指定的接班人米申换成了科罗廖夫的死对头格鲁什科这个苏联空间研究所的领导人呢他也换了啊现在这帮领导人就觉得
跟美国人竞争他没啥希望了与其专注于失败率高居不下的火星探测你还不如聚焦于成功率更高的金星探测所以这二位就被称为金星人他们这一派都叫金星人了但是吧这个金星实在太单调了他不像火星这么丰富多彩啊
即便是你能够发射探测器你能取得成功它结果也不会比火星更加出彩了是吧你这个探测器掉到那个高温的大气环境里边然后没一会儿烧光了你这个数据太少了金星就没啥可研究的所以这派反对他们的人就被称为火星人
整个 70 年代这个金星人都是要比火星人吃香的所以这个火星探测计划就搁置下来了苏联后来就专注于进行探测
巧了美国人在这个时间段呢他也盯上金星了你别忘了啊 80 年代初啊这个会出现一次九星连珠的奇观从 1968 年起啊美国人就制定了一连串的计划先驱者 10 号 11 号旅行者 1 号 2 号就是充分利用这次千载难逢的机会利用一颗探测器探测一连串的星星
对土星木星咱们可以用引力弹弓进行加速对水星行不行呢咱们可不可以用金星做减速拜访一下内太阳系距离太阳最近的那颗金星吗没错啊进内太阳系你不是加速你得想法是减速如果你这个引力弹弓能做成那就是一举两得拜访金星和水星
如果不用引力弹弓你从地球发射探测器到水星你必须用那个泰坦 3C 火箭才行那火箭比较大但是如果你借助引力弹弓呢你只要用宇宙神半人马做的上面级就够了借助引力弹弓省钱呢
于是水手 10 号就被提上了一时日程了这也是水手计划的收官之作这个项目自然而然就是 JPL 来负责了承包商就是大名鼎鼎的波音公司这一次的计划目标主要就是对水星展开多项探测同时对引力弹弓技术进行实践这条轨道的设计就非常的麻烦
首先是水手 10 号必须先经过金星借助引力弹弓甩一下然后奔向水星探测水星很麻烦因为探测器飞向内太阳系实质上是个向下掉的过程在太阳引力作用下探测器势能是会转化成动能的它会刹不住车它很难减速路过水星也没有办法被水星微弱的引力所捕获
如果你仅仅做一次性的飞掠而过它又有点不甘心于是这 JPL 的工程师就设计了一条特殊的轨道这个水手 10 号实际上是要进入一条围绕太阳运转的椭圆轨道这个椭圆轨道它一定有个近日点和远日点
水手 10 号的这个近日点恰好和水星轨道的远日点重合这样的话呢每 6 个月就有两次机会和水星碰头这样的话呢探测机会就变多了当然了水手 10 号探测器首先要解决的问题呢是防热因为金星和水星距离太阳更近阳光照耀更加强烈
在金星轨道附近单位面积获得的太阳光能量是地球附近的 2.2 倍到了水星轨道附近这个数值就会变成 5.4 倍了甚至到 6.7 倍
所以水手 10 号的探测器内部必须用隔热材料包裹外边也要包上反光膜而且在设备舱里边还得开百叶窗利用这些百叶窗来控制航天器内部的温度你不用这种招数是不行的这个水手 10 号带了两台照相机配了 8 个滤镜轮除了常规的红绿蓝还有紫外线滤镜紫外线滤镜是专门用来拍金星的高空云层的
其他的就是常规的红外线紫外线传感器还有磁场传感器还有一个是带电粒子的望远镜这专门是用来研究太阳系和银河系的宇宙射线的这个水手 10 号大概就是这些仪器了 1973 年的 11 月 3 号这水手 10 号探测器就发射成功了发射 10 天以后进行了一次轨道修正到了 1974 年的 2 月 5 号这水手 10 号就接近了金星了
这一次水手 10 号是从金星背光那面擦过去这个飞掠而过的过程啊这探测器拍了 4165 张金星的可见光和紫外线照片通过紫外线照片我们就可以清清楚楚的看到金星云层之中的各种结构通过这种结构呢我们也就可以计算出这些云层绕着金星转一圈呢是 4 天
这一次水手 10 号利用金星减速而不是加速探测器的速度由每秒钟 37 公里降到了每秒钟 32.3 公里到了 1974 年的 3 月 16 号水手 10 号进行了第三次轨道修正再过两个礼拜这水手 10 号就要和水星相遇了
从距离水星 530 万公里的地方这照相机就已经开始开机工作了从水星身边擦身而过的整个过程一共拍了 2000 多张照片传输的速度达到了 15K 每秒这速度在当时已经算是非常快了水手 10 号还用极紫外探测器对水星大气进行了测量发现水星几乎就没大气层你就可以忽略不计了
磁场计探测到了水星内部大概有 100 纳特斯拉的内部磁场这个磁场是相当相当的弱通过红外线传感器测得水星的日照表面温度为 187 度暗面是零下 123 度这温差比月球都大这次擦肩而过之后大概是再过 170 多天这水手 10 号就会第二次和水星相遇了
这次水手 10 号是在 48000 公里的距离上拍摄了 500 多张照片通过拼接这些照片得到了水星南半球的图像第三次和水星相遇就是在 1975 年 3 月 16 号了这一次探测器是从水星的北极上空飞过最近距离只有 327 公里因为这一次距离北极特别近所以测出来的磁场就更准了
水星极地的磁场强度大概是 700 纳特斯拉这个数值还是很低经过这三次相遇以后水手 10 号上的氮气瓶就消耗的差不多了它再也没有能力去改变轨道所以就只能随它去了水手 10 号的这次任务就算是圆满结束了事后科学家们就对水手 10 号发过来的水星照片进行了分析
大家发现水星距离太阳的平均距离是 5790 公里是地日间距离的 0.38 倍这是很近的水星的赤道半径是地球的五分之二这个家伙的外观长得有点像月亮到处都是环形山到处都是坑
从这些环星山的周围可以看到非常清晰的辐射纹这就说明水星表面呢状态保持的相当好当年挨个砸以后亿万年来就没什么扰动所以这些痕迹才能看得这么清楚一直保持到今天同时呢水星表面也有一些特征和月球不太一样水星上有许多悬崖峭壁和山脊但是这些山脊吧你怎么看怎么别扭啊
这么说吧就好像是一个苹果缩了水以后挤出来的那些皱纹皱皱巴巴的同时呢水手 10 号也发现水星的密度和地球差不多而且呢还有一个全球性的磁场和火星杂乱无章的磁场不一样啊你别看水星的磁场特别弱只有地球的 1%但是水星的磁场也是一个规规矩矩的偶极场
啥叫欧几场呢就是条形磁铁那种有明确南北极的磁场嘛啊那是比较规矩的咱们地球也是有个明确的南北极嘛所以水星的磁力线呢那就是缩小版的地球磁场啊而且呢水星的磁场也受到太阳风的挤压那靠太阳进嘛是吧但是那模样跟地球磁场啊这个这个是非常像的
通过这些数据科学家们就推算水星内部可能有一个高温液态的金属核而且这个金属核的直径超过水星直径的三分之一达到了 1600 公里这个金属核就有月亮那么大了说实话水星的这些特点和其他行星相比相差都很大
你这么小一颗行星你怎么会有这么大的密度呢你就跟地球都差不多了你这么小一颗行星怎么会长出这么大一个核呢这些问题就摆在了科学家面前那么水星到底为什么会长得这么特殊呢我们下回再说科学声音