天問一號成功在火星落腳！“黑暗9分鐘”裏，誰是它的“引路人”？_風聞

川觀新聞記者 徐莉莎

記者從國家航天局獲悉，科研團隊根據“祝融號”火星車發回遙測信號確認，5月15日，天問一號着陸巡視器成功着陸於火星烏托邦平原南部預選着陸區，我國首次火星探測任務着陸火星取得圓滿成功。我國成為繼美國和前蘇聯之後，世界上第三個成功登陸火星表面的國家。

天問一號的火星探索之旅並不容易。而這一次的“落”火，是火星探測“繞、落、巡”三項目標任務中，最難的一步。此前全世界已進行的21次火星着陸任務中，只有9次成功。

落火之旅為何如此驚險？“四川智造”如何為其保駕護航？如何保證“平安”信息的高效接收？川觀新聞記者第一時間採訪了參研專家。

“黑暗9分鐘”：着陸火星為何這麼難？

天問一號由着陸-巡視器（簡稱“着巡器”）與環繞器組成，落火之後着巡器又分體為着陸器和巡視器兩部分，巡視器就是前段時間剛剛公佈名稱的“祝融號”火星車。

天問一號在近火點（離火星最近點）之前的6小時，首先會執行降軌機動，離開停泊軌道轉入進入軌道。 3小時後，着巡器會與環繞器兩部分互相“告別”。天問一號的EDL旅程，就從這裏開始。

（着巡器着陸火星的過程，總共分三步：第一步是“進入”，第二步是“下降”，第三步是“着陸”，把它們的英文首字母連起來就叫“EDL”。）

和環繞器告別後，着巡器採用彈道式進入火星大氣層；通過高速氣動減速、降落傘展開減速、反推動力減速以及着陸緩衝四個環節，經過一系列複雜的高動態機動動作，軟着陸火星表面。這是火星探測中難度最大、風險最高的飛行階段，也是下降段任務的最大難點之一。

為什麼這個過程這麼難？因為地球和火星之間距離太遠，而過程又太短暫。

平時我們飛近地軌道的航天器，因為距離近，通訊時延僅在1秒左右，一旦出現緊急情況可以及時“搶救”。而對於火星探測這樣的超遠距離星際探測，天問一號和地球之間信息打一趟來回要36分鐘左右。

航天器以什麼姿態飛行，什麼時間點火、工作多長、什麼時候關機，出現問題如何處置，人工無法直接干預，都需要探測器“自行安排”。

不光沒法實時控制，着巡器還會經歷“杳無音信”的“黑暗9分鐘”。着巡器從穿過火星大氣層到軟着陸在火星表面，速度會從4.8千米/秒減到接近於0，而整個減速過程大約9分鐘。短短9分鐘內，着巡器必須及時、精準地自主執行近千個指令步驟。同時，超音速飛行的航天器擠壓大氣產生電離，會出現“黑障”現象，造成通信中斷，影響航天器與地表的通信，在北京的飛控中心無法掌握其降落情況。這個9分鐘就是航天人口中的“黑暗時刻”。

同時，我們沒法知道火星即時的大氣密度、氣壓、風速等關鍵信息，航天器一頭扎進不可確知的大氣環境。這也是一半以上着陸任務失敗的主要原因。

四川智慧：提前17個小時注入指令

怎麼辦？我們需要提前為航天器注入導航信息和動作指令。

在川央企中國電子科技集團公司第十研究所（以下簡稱“十所”）就深度參與了這個過程。其承研的佳木斯66米深空站作為這次任務中的重要測控站點，為天問一號落火提前注入指令，進行軌道和導航控制。

中國電子科技集團公司第十研究所首次火星探測任務佳木斯深空測控團隊 圖片由受訪者提供

十所高級工程師、我國首次火星探測任務佳木斯深空測控設備總設計師杜丹介紹，5月14日，從“天問一號”降軌機動前的17個小時開始，佳木斯深空站就連續不斷地向它發送延時指令，其中包括降軌機動、器器分離、升軌機動及EDL（進入、下降和着陸）過程，以及落火後的初期工作等指令，為安全着陸和火面巡視工作提供有力保障。

為了安全着陸，探測器EDL過程中的導航信息至關重要，佳木斯深空站採用DOR干涉測量技術與其它深空站協同完成軌道測量，形成軌道預報，提供飛控中心連續數天進行降軌參數的反覆試算，確定天問一號進入火星大氣層的初始點位置。

降軌機動前約8小時，飛控中心向天問一號注入大氣進入初始點和導航數據等關鍵指令，引領着巡器完成避障並安全着陸。隨後的過程，就類似汽車的自動駕駛，天問一號按照指令自主飛行。

一幀都不能少！掌握着巡器落火工況

着巡器落火後，要第一時間與地面建立聯繫，給地球老家“報平安”。但由於地火距離太遠，信息傳送功率受限，火星車和地面之間數據傳輸的速率極低。

落火後，佳木斯測控站首次接收信號的時間僅約20分鐘。這個時間段裏，着巡器傳送的數據幀最多不超過10幀。而這10幀數據，對地面來説又至關重要。我們需要根據這些信息在第一時間判斷其生存和工作狀態。

傳統的遙測數傳遙測接收中，前面幾幀數據都“浪費”了，主要用於搜索和校驗，不能產生有效信息。

如何能把這10幀數據儘可能利用起來，以獲取儘可能多的落火初始階段的着巡器信息，成為十所研發團隊要解決的重要技術難題之一。

經過理論攻關和上百次試驗驗證，團隊創造性地提出了“數據慢幀優化處理技術”。通過這一機制，實現了落火階段極低碼率數傳信號的接收，首幀信息在完成同步/校驗的基礎上，還能作為有效數據，解調、輸出、上報，這樣就1幀不浪費地為飛控中心提供了全部可獲得的着巡器落火工況信息。

現在，“祝融號”火星車即將在火星表面上開展地表成分、物質類型分佈、地質結構以及火星氣象環境等探測工作。而環繞器則在器-器分離後執行了升軌機動，返回到停泊軌道，為着巡器EDL過程及火星車火面初期工作提供中繼通信；同時探測火星空間環境、大氣層、地表。