好奇号火星车的信息传输
火星探测中火星探测车技术的应用
火星探测中火星探测车技术的应用随着科技的不断进步，人类对宇宙的探索也越来越深入。
在诸多星球中，火星因拥有地球化学特征而受到了极大的关注。
自20世纪60年代以来，火星探测任务已经经历了几十年的发展，其中最值得注意的技术应当属于火星探测车。
它是一种移动、可遥控的机器人车辆，可以在火星表面收集物质样本，拍摄图像等。
本文将着重探讨火星探测车技术在火星探测中的应用。
一、火星探测车的历史火星探测车的发展历程可以追溯到20世纪70年代。
1975年，美国NASA（美国国家航空航天局）首次在火星上发射了维京1号和维京2号两枚飞船。
它们带有火星车（Mars rovers）的模型，这些车辆被设计成移动的机器人，以便在火星表面执行一系列任务。
然而，由于技术水平的限制和预算问题，直到20世纪90年代末，火星探测车才真正完成了首次任务。
2004年1月，NASA的“机遇号”（Opportunity）与“精神号”（Spirit）登陆火星。
这两个机器人车辆是NASA成本最低的任务之一，但它们却成功地在火星上行驶了10多年，采集了大量有关火星的信息和数据，为火星的科学研究做出了巨大贡献。
2012年，NASA又推出了一台新的火星探测车——“好奇号”（Curiosity），它是目前最先进、最大的火星探测车，能够在火星表面积极探测，对火星上的物质结构进行详细研究。
二、火星探测车技术的原理火星探测车是一种四轮驱动机器人，可以通过遥控实现火星表面的探测。
它主要由轮子、电池组、太阳能电池板、通讯设备、仪器等组成。
它能够承受严酷的环境条件，比如利用成熟的悬挂系统来适应火星上的崎岖地形，以及利用复杂的加热系统进行保护。
火星探测车的关键在于其智能系统。
通过程序控制，火星探测车可以自主控制行驶，收集物质样本，并利用激光、光谱仪等多种仪器探测火星上特殊的地质或化学环境。
同时，火星探测车还可以通过通信卫星，将数据传输回地球。
这使得地球上的科学家们能够获得有关火星的更多信息。
火星车探测系统工作原理
火星车探测系统工作原理在人类探索太阳系的过程中，火星一直被视为一个潜在的目的地。
为了实现对火星的探索，科学家们开发了火星车探测系统。
本文将介绍火星车探测系统的工作原理。
一、导航系统火星车的导航系统是其工作的核心。
导航系统主要通过接收来自地球的指令和传感器的反馈数据来确定火星车的位置和方向。
其工作原理如下：1.惯性导航：火星车内置了惯性导航仪，利用陀螺仪和加速度计等传感器来测量车辆的加速度和姿态变化，从而推算出火星车的当前位置和方向。
2.星务定位：通过接收地球上的卫星信号，火星车可以利用星务系统进行精确定位。
星务系统通常使用全球定位系统（GPS）或先进的差分导航系统来确保位置的准确性。
3.视觉导航：火星车还配备了摄像头和图像处理算法，可以通过分析周围环境的视觉信息来判断其位置和方向。
这对于火星表面的遥远探索尤为重要。
二、动力系统火星车的动力系统是保证其运行的关键。
动力系统主要由太阳能电池板和电池组成。
其工作原理如下：1.太阳能电池板：火星车的表面覆盖着大量的太阳能电池板，可以将太阳能转化为电能。
这些电池板一方面为火星车的各项设备供电，另一方面也会将多余的能量储存到电池中，以备不时之需。
2.电池：火星车装备有高性能的锂离子电池组，能够储存太阳能电池板提供的电能。
火星车在夜晚或遇到恶劣天气时，可以依靠电池为其提供动力。
三、通信系统火星车的通信系统使其能够与地球进行远程通信，并将所收集到的数据传输回地球。
其工作原理如下：1.天线：火星车装备了高增益天线，以确保在火星表面收发信号的稳定和高效。
2.通信链路：火星车通过与地球上的指挥中心建立无线通信链路，可以传输指令、接收任务更新以及发送数据等。
3.数据传输：采用数字信号处理技术，火星车可以将所收集到的各种数据，如图像、气象数据和地质信息等，通过通信链路传输回地球。
四、科学仪器火星车上搭载了多种科学仪器，用于对火星表面的分析和探测。
这些仪器包括：1.光谱仪：用于分析火星表面的光谱信息，可以帮助科学家了解火星地质成分和潜在的生命迹象。
2023-2024学年广东省广州市越秀区知用学校九年级上学期期中物理试题
2023-2024学年广东省广州市越秀区知用学校九年级上学期期中物理试题1.“好奇号”火星车（如图所示）成功登陆火星标志着人类探索火星的征程取得了重大进展。
研究表明，太空中的某种带电粒子会对探测器的计算机系统产生影响，下列粒子中因不带电可以排除的是（）A．原子核B．电子C．质子D．中子2.如图所示，用力打开夹子过程中，标注的夹子支点、动力、阻力正确的是（）A．B．C．D．3.下列工具在使用时属于费力杠杆的是（）A．镊子夹物体B．扳手拧螺丝C．羊角锤拔钉子D．钢丝钳剪钢丝4.为探究动滑轮和定滑轮的特点，分别设计了如图所示两种方式拉升重物，下列关于实验说法正确的是（）A．增加动滑轮的质量可以更省力B．若用定滑轮拉重物，只有拉力竖直向下时最省力C．若拉升同一物体匀速上升相同高度，用动滑轮时拉力一定最小D．用动滑轮提升重物上升高度h，测力计则上升2 h5.下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．关于对图中①②③④的补充正确的是（）A．①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能B．①压缩冲程②内能转化为机械能③做功冲程④机械能转化为内能C．①压缩冲程②机械能转化为内能③做功冲程④内能转化为机械能D．①做功冲程②机械能转化为内能③压缩冲程④内能转化为机械能6.在进行如图所示的实验或有关装置工作时，能量转化情况相同的是A．丙和丁B．甲和丙C．甲和乙D．乙和丁7.关于烹饪，下列说法正确的是（）A．炒锅一般用铁制造，是利用铁的比热容较大的特性B．肉片能腌制入味是因为物体的分子在不停地做无规则的运动C．翻炒的过程中食物的内能增加主要是通过做功实现的D．在翻炒的过程中食物的温度升高，热量增大8.如图所示，当带电棒接触验电器甲部位的金属球时，丙部位的金属箔片开张开一定的角度。
下列说法正确的是（）A．图中甲、乙都是绝缘体B．若带电体带正电荷，则带电体一定是用丝绸摩擦过的玻璃棒C．若带电体带正电荷，则接触瞬间电流方向从带电体流向金属箔D．验电器的工作原理是异种电荷相互吸引9.为保障安全，微波炉设置了双重开关——门控开关S1和启动控制开关S2。
天问一号飞往火星的原理
天问一号飞往火星的原理天问一号是中国的火星探测器，也被称为"神舟火星"，它是中国首次发射的火星探测任务。
天问一号发射于2020年7月23日，预计在2021年2月10日实现着陆火星。
天问一号飞往火星有以下几个主要原理：1. 发射：天问一号首先需要通过火箭发射进入地球轨道。
在发射过程中，火箭产生巨大的推力将它送入地球轨道。
2. 脱离地球引力：一旦进入地球轨道，火箭将断开与地球上的引力束缚，通过利用地球自转和火箭的推力，脱离地球引力进入太阳系空间。
3. 轨道调整：进入太阳系空间后，天问一号需要根据火星的位置和速度进行轨道调整。
它可以通过点火和姿态调整引擎进行微调，以确保进入正确的轨道。
4. 飞行中的引力操作：为了更有效地利用能源，天问一号将利用重力助推技术。
通过接近其他天体（如地球或月球等），天问一号可以利用它们的引力来增加速度或调整飞行轨道。
5. 中途校正：天问一号的整个飞行过程中，中途校正是必不可少的。
这是通过点火或引擎推力来调整航向和速度，以确保飞船能够准确进入火星轨道。
6. 火星着陆：当天问一号接近火星时，它需要减速进入火星引力范围，并开始进行着陆准备。
着陆过程中，火星探测器必须高度精确地控制速度和姿态，以避免过猛的碰撞或失去控制。
7. 降落与着陆：一旦天问一号减速到合适的速度和姿态，它将释放降落伞来进一步减速。
在降落伞减速的同时，天问一号还将点燃发动机以缓慢降低高度，并最终实现软着陆。
8. 火星探测与数据传输：一旦成功着陆，天问一号将展开太阳能帆板以获得能源，并开始执行火星科学探测任务。
它将收集气候、地质和生命迹象等数据，并通过数传系统将数据传回地球供科学家研究。
总的来说，天问一号飞往火星的原理主要涉及发射、脱离地球引力、轨道调整、飞行中的引力操作、中途校正、火星着陆、降落与着陆以及数据传输等多个环节。
这些原理的互相配合和精确控制能够使天问一号成功飞向火星，并开展科学探测任务。
火星探测简史
火星探测简史
自20世纪60年代起，人类开始对火星进行探测。
第一个探测火星的任务是美国的“火星1号”和“火星2号”，它们于1964年发射升空。
虽然它们没有成功着陆，但它们为以后的探索提供了有价值的信息。
在接下来的几十年里，美国、苏联、欧洲和印度都发射了多个探测器，包括掠过火星的飞越任务、轨道器、着陆器和漫游器。
这些任务的目的是深入了解火星的地质、气候和生命迹象。
其中最著名的任务之一是美国的“火星探路者”任务，它于1996年成功着陆，并通过漫游器发送了数千张照片。
另一个重要的任务是美国的“好奇号”火星车，它于2012年着陆。
好奇号探测了火星上的环境、岩石、土壤和水分子，并发现了一些可能支持生命存在的迹象。
未来，我们可以期待更多的火星探测任务，包括中国的“天问一号”任务和欧洲的“罗塞塔2号”任务。
通过这些任务，我们将继续深入了解这颗神秘的行星。
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专题21 信息的传递-(2020-2022)三年中考物理试题分项汇编(全国通用)(解析版)
专题21 信息的传递【2022年】一、多选题1．（2022·河南）从“嫦娥五号”采回月球样本到“天问一号”成功登陆火星，我国在航天领域取得了辉煌成就，为人类太空探索做出了重要贡献。
下列说法正确的是（）A．“天问一号”的电磁波信号比“嫦娥五号”的电磁波信号传播速度大B．银河系、太阳系、火星、“天问一号”是按照尺度由大到小排列的C．“嫦娥五号”比“天问一号”离开地球的距离更远D．“嫦娥五号”和“天问一号”相对太阳都是运动的【答案】BD【解析】A．“天问一号”的和“嫦娥五号”的都是利用电磁波信号传递信息，电磁波可以在真空中传播，且传播速度是相同的，故A错误；B．宇宙中拥有数十亿个星系，银河系只是其中之一，银河系很大，太阳系只是其中之一，火星、地球都是太阳系中成员，而“天问一号”探测器成功降落火星并正常工作，故银河系、太阳系、火星、“天问一号”是按照尺度由大到小排列的，故B正确；C．“嫦娥五号”是由地球飞往月球的探测器，“天问一号”是由地球飞往火星的探测器，所以，“天问一号”比“嫦娥五号”离开地球的距离更远，故C错误；D．“嫦娥五号”和“天问一号”相对太阳的位置在不断发生变化，故以太阳为参照物，它们都是运动的，故D 正确。
故选BD。
二、单选题2．（2022·安徽）2022年4月16日，神舟十二号载人飞船从空间站成功返回地面，圆满完成各项任务。
下列说法正确的是（）A．太空中的载人飞船没有内能B．空间站与地面间是通过电磁波传递信息的C．空间站中的航天员没有惯性D．返回舱在返回的过程中始终处于平衡状态【答案】B【解析】A．一切物体都有内能，内能指组成物体的所有分子，其热运动的动能和分子势能的总和。
由物质的质量、温度、体积、状态决定。
故A错误；B．空间站与地面间是通过电磁波传递信息的，故B正确；C．惯性是物体的固有属性，一切物体在任何情况下都具有惯性，故C错误；D．返回舱在返回地面的过程中处于减速状态，受力不平衡，故D错误。
火星飞行的发展历程
火星飞行的发展历程在人类探索宇宙的历程中，火星一直被视为潜在的生命存在地点，因此火星飞行的发展历程成为科学与技术领域的重要研究方向。
以下是火星飞行发展的一些重要节点：1. 1960年代初：火星探测的第一个尝试是美国和前苏联的无人探测器。
1960年，苏联的无人探测器“火星1号”发射失败，而美国的“火星1号”和“火星2号”分别在1964年和1965年发射失败。
这些早期的尝试揭开了火星探测的序幕。
2. 1970年代：美国的“维京号”任务标志着火星探测器的成功。
维京1号于1975年成功着陆，并传回了火星的第一张高分辨率照片。
维京2号也成功地在火星表面着陆，为我们提供了大量有关火星大气和地质构造的信息。
3. 1990年代：火星探测进入了一个新的阶段，国际合作也开始发挥作用。
欧洲航天局（ESA）和俄罗斯航天局（Roscosmos）联合进行的火星探测任务"Mars-96"在1996年发射失败。
然而，美国的火星探测器“火星全景车”（Mars Pathfinder）成功着陆于1997年，它携带了一辆被称为“Sohjourner”的小型漫游车，为我们提供了对火星表面的首次近距离探索。
4. 2000年代：2004年，美国的“机遇号”火星探测器和欧洲航天局的“火星快车号”成功着陆并开始了他们的任务。
机遇号一直持续了惊人的14年，成为目前探测时间最长的火星探测器。
此外，美国的“勇气号”火星探测器于2008年成功着陆，为我们提供了对火星古代环境的关键了解。
5. 2010年代至今：在这个时期，火星探测器的数量和复杂性进一步增加。
美国的“好奇号”火星车于2012年成功着陆，并一直在火星上进行探索，为科学家提供了许多有关火星生命可能性的新信息。
2018年，NASA的“洞察号”着陆火星，它致力于进行火星地震学研究，帮助我们更好地了解火星的地质活动。
未来，火星飞行的发展将继续推进。
例如，计划中的“火星2020”任务将为我们提供对火星生命可能性的新洞见，并采集样品以带回地球。
航天行业中火星探测器技术的使用方法
航天行业中火星探测器技术的使用方法火星探测器是航天行业中一项关键技术的应用。
自20世纪60年代至今，人类对于火星的探索从未停止，火星探测器的技术也不断发展和改进。
本文将重点介绍火星探测器技术的使用方法和相关进展。
首先，火星探测器的技术使用方法可以分为几个关键环节。
首先是发射和进入火星轨道，其次是降落和着陆，最后是火星表面探测和数据传输。
在发射和进入火星轨道阶段，火星探测器需要依赖火箭的推力将其送入太空，然后通过准确计算和调整其轨道，使之进入火星周围的轨道。
在降落和着陆阶段，探测器需要通过复杂的制导和减速系统，以确保其安全着陆在火星表面。
在火星表面探测和数据传输阶段，探测器需要利用各种传感器和仪器进行科学实验和观测，并将采集到的数据传回地球。
火星探测器技术的使用方法还包括一些关键技术的应用。
首先是导航和姿态控制技术。
火星探测器需要准确确定自身位置和方向，以便按照预定轨道进行探测任务。
导航和姿态控制技术可以通过星载导航设备和姿态控制喷气器等手段实现。
其次是着陆和减速技术。
由于火星大气稀薄，火星探测器需要依靠降落伞、推进器等装置减速并安全着陆在火星表面。
这需要精确的计算和控制，以确保着陆的精度和安全性。
最后是探测仪器和实验设备的技术支持。
火星探测器需要搭载各种传感器、相机、探测仪器等设备，以进行火星表面的科学探测和实验。
这些设备需要经过严格的测试和校准，以确保其在火星环境下的正常工作。
近年来，火星探测器技术取得了许多重要进展。
例如，美国宇航局的“好奇号”火星车成功实现了火星着陆和多年的科学探测任务。
该火星车搭载了多种科学仪器，包括用于分析土壤和岩石的化学成分的仪器，以及用于拍摄和传输地貌图像的相机。
通过使用这些设备，好奇号火星车成功地探测到了火星表面的水分存在证据，并对火星地质和气候进行了详细研究。
此外，中国也在火星探测领域取得了重要突破。
中国国家航天局于2020年7月成功发射了自主研发的“天问一号”火星探测器。
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“好奇号”火星车的信息传输好奇号成功着陆火星并传回现场照片以来，许多朋友都很好奇：火星上的好奇号与地球上的美国人是如何实现信息传递的？
为了探讨美国科学家如何解决这个问题，我们有必要先了解：火星和地球间距离的变化规律；好奇号须传递信息的内容；无线电波传输信息的一般特性和方法。
一、火星和地球间距离的变化规律
地球和火星分别是太阳系由内往外数的第三和第四颗行星，都属于类地行星，都有主要成份为二氧化碳的大气层。
从下表中我们可发现：火星直径约为地球的一半，质量约为地球的九分之一，自转轴倾角、自转周期均与地球相近，公转一周约为地球公转时间的两倍。
所以其有“袖珍地球”之称，是未来人类移民的一个希望所在。
表一火星与地球的部分参数比较
我们还可发现：火星与地球间距离是一直在变化的。
目前的相对位置关系如图一所示。
最近距离约为5500万公里，最远距离则超过4亿公里。
据专家推算，两者之间的近距离接触大约每15年出现一次。
2003年8月27日，火星将运行到近6万年来距离地球最近的位
置。
届时，火星与地球的距离约为5576万公里。
2018年两者之间的距离将达到5760万公里。
这两个行星兄弟下一次再相距这么近，则要等到2287年了。
了解火星和地球间距离的变化规律，把握火星和地球距离近的时机，对火星探索活动中的信息传输至为重要。
二、好奇号须传递信息的内容
美国在好奇号的信息传输中利用了2011年10月24日成功进入火星轨道的探测器“奥德赛”号提供的中继支持（见图二）。
图二火星轨道探测器“奥德赛”号
为了掌握好奇号的工作状态，确保好奇号按要求行活动，获得好奇号在火星上的工作成果，美国航空航天局（NASA）科学家们至少需要以下内容的信息交互：
●向火星轨道探测器发送（对其姿态、电源、计算机、各设备的）控制指令（遥控信
息）；
●向好奇号发送（对其电源、计算机、各设备的）控制指令（遥控信息）；
●接收火星轨道探测器、好奇号收到控制指令后的验证和执行信息（遥控信息）；
●接收火星轨道探测器发送的好奇号位置、环境信息（外测信息）；
●接收好奇号发送的关于自身各设备和系统的工作状态信息（内测信息）；
●接收好奇号发送的科学探测成果信息（10大科学仪器产生和收集的数据、图片、
视频及活动记录等）。
对于以上各类信息，因其用途需要、数据量大小、产生的频度的不同，须采用不同的信息传输策略和设备。
三、无线电波一般特性和传输信息的方法
好奇号的交互信息是利用无线电波传递的。
了解一点无线电波一般特性和传输信息的方法有助于我们研究好奇号信息传递的实现问题。
包括：
●无线电波在空间传输中随着距离的增加会很快地衰减，其衰减程度与距离的平方成
正比；
●通常，天线面积越大，越能将发射出去的定向无线电波汇聚成更细的波束使其传播
得更远（作用距离），或越能将传输来的无线电波汇聚得更多从而提高接收微弱信
号的效果（接收灵敏度）；
●尽管无线电波的传播速度是30万km/s，但不同频段的无线电波其特性和用途是不
完全一样的，其规律详见表二；
表二无线电波的频段划分和特性比较
●无线电波之所以能传递含有（声音、图片、数字、视频）信息的电信号，是因为电
波频率、幅度或相位可以人为地使其按信号的变化而变化（信号调制），即调频（FM）、调幅（AM）或调相（PM）；将接收到的无线电波携带信息还原出来的过程为“解调”。
●信息电信号可以是连续变化的（即：模拟信号），也可以是脉冲信号或“有”、“无”
不断变化的标准脉冲序列（即：数字信号）。
模拟信号或脉冲信号与数字信号是能够相互变换的，即：A/D和D/A；
●通常，电子设备产生的或我们所说的“某频率的无线电波”，并不单是一个该频率
的正弦波电磁波，而是指以该频率为中心频率、规定频率范围（带宽）内的所有的正弦波电磁波的全部。
●“某频率的无线电波”也叫“载波”，因为用多个不同频率的、携带了需传输信息
的低频电信号（副载波）对载波同时进行“调制”，可使其规定频率范围内的不同正弦波同时分别携带多个不同的信息。
这有点像一辆公共汽车可以同时载多位乘客一样。
好，现在可以讨论我们所好奇的问题了。
首先，我们来看一帧好奇号的图片（图三）：
图三好奇号设备分布示意图
图中，好奇号有3个天线：RUHF Antenna、RLGA Antenna和High Gain Antenna。
分别对应三个无线电系统：
RUHF Antenna与UHF频段的收发单元配套成系统，工作频率在400MHz之间，主要用于火星上的通讯，即向奥德赛号传送内测数据和科学实验的成果数据并接收经其转发的控制信息。
该系统的数据传输速率最高，其数据带宽可达2MB/s。
“奥德赛”每天能与地球有16小时的直连，它与地球通讯的数据带宽为256 kb/s。
当探测器从好奇号上空飞过，每次能通信八分钟，最多能传输250MB的数据。
这250MB数据由“奥德赛”用X频段无线电波传输到地球需花20小时时间。
RLGA Antenna和High Gain Antenna，这2个天线分别与一个“X band transmitter and receiver”（X频段收/发系统－集成电路模块）配套成系统，工作频率在7～8GHz之间。
低增益全向天线的系统：能以非常低的数据传输速率（数据带宽大约8 kb/s左右）将信号持续地传输回地球，不过它的主要功能是及时接受来自地球的指令。
这种工作模式可解决好奇号受遮挡不能与地球通视时的困扰，但耗电多，连续工作时间受有限电力的制约。
X频段高增益定向天线是可以转动的，直径约为1英尺，在好奇号与地球通视时可以方便地将波束准确指向地球，得到远距离高质量的双向沟通。
该系统的数据传输速率同样很低。
这种工作模式相对省电，但受与地球通视条件的限制。
原来，好奇号对地球的信息传递是通过2个途径实现的：一是用X频段无线电波与地球
上的控制中心实现双向通讯，这又包括了2种互补的方法；二是通过超高频天线与绕火星轨道运行的“奥德赛”号探测器（Mars Odyssey）进行信息交互，利用其提供的中继支持，实现与地球传输的信息交互。
然而，问题又来了：从火星到地球目前距离约2.48亿千米，连光都要跑14分钟，无论是奥德赛号X频段天线还是好奇号的高、低增益天线发出/接收的无线电波，其空间传输衰减程度都是极其惊人的，专家估算路径损耗约为278dB，即最终到达的无线电波强度不足其发出时的10-27倍（10的27次方分之一)。
美国科学家是如何保证经过这么大衰减后的无线电信号仍然能在火星或地球上得到正常的接收和解调？
解决问题的关键最终主要是在地球上———是NASA的深空网(DSN)啊，DSN所拥有的超大天线啊！DSN包括三个观测站，在地球上形成120度角分布，其中一个长期观察火星车。
三个站点中，一个位于加州Mojave沙漠的Goldstone，另一个位于西班牙马德里附近，还有一个位于澳大利亚堪培拉。
每个观测站点都有巨大的可移动的碟形天线，直径约为70米。
这种超大天线的高增益，再加上强大的发射功率、低噪声温度的接收装置设计以及好奇号上天线的高增益性能，保证了地球上的观测站有超强的接收灵敏度，能够接收到来自火星的微弱信号，也保证了好奇号能够收到强度满足其接收和解调需要的无线电波信号。
小结：美国科学家通过建立全球的深空测控通信网（DSN）、选择应用UHF频段和X 频段的无线电波分别作近程传输载波和远程传输载波、利用火星轨道探测器作数据中继、X 频段全向天线与定向天线工作互补以及充分利用火星与地球近距离接触的宝贵时机等方法，有效解决了火星探测中超远距离信息传递的难题。