天問一號探測器成功着陸火星！

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。

祝融號着陸點 圖自@中國航天報

凌晨1時許，天問一號探測器在停泊軌道實施降軌，機動至火星進入軌道。4時許，着陸巡視器與環繞器分離，歷經約3小時飛行後，進入火星大氣，經過約9分鐘的減速、懸停避障和緩衝，成功軟着陸於預選着陸區。兩器分離約30分鐘後，環繞器進行升軌，返回停泊軌道，為着陸巡視器提供中繼通信。後續，“祝融號”火星車將依次開展對着陸點全局成像、自檢、駛離着陸平台並開展巡視探測。

我國首次火星探測任務於2016年正式批覆立項，計劃通過一次任務實現火星環繞、着陸和巡視，對火星進行全球性、綜合性的環繞探測，在火星表面開展區域巡視探測。天問一號探測器由環繞器和着陸巡視器組成，着陸巡視器包括“祝融號”火星車及進入艙。探測器自2020年7月23日成功發射以來，在地火轉移階段完成了1次深空機動和4次中途修正，於2月10日，成功實施火星捕獲，進入大橢圓環火軌道，成為我國第一顆人造火星衞星。2021年2月24日，天問一號探測器成功實施第三次近火制動，進入週期2個火星日的火星停泊軌道後，對火星開展全球遙感探測，並對預選着陸區進行詳查，探測分析地形地貌、沙塵天氣等，為着陸火星做準備。任務實施過程中，中國國家航天局與歐空局、阿根廷、法國、奧地利等國際航天組織和國家航天機構開展了有關項目合作。目前，探測器已在太空運行295天，距離地球約3.2億千米。

天問一號 圖自航天科技五院

火星探測風險高、難度大，探測任務面臨行星際空間環境、火星稀薄大氣、火面地形地貌等挑戰，同時受遠距離、長時延的影響，着陸階段存在環境不確定、着陸程序複雜、地面無法干預等難點。天問一號任務突破了第二宇宙速度發射、行星際飛行及測控通信、地外行星軟着陸等關鍵技術，實現了我國首次地外行星着陸，是中國航天事業發展中又一具有重大意義的里程碑。

天問一號 圖自航天科技五院

着陸：9分鐘，“瘋狂”剎車

祝融號着陸器從軌道着陸的過程（Entry Descent Landing EDL）如圖所示，大概可以分為降軌、分離、減速、懸停、着陸5個階段。

① 降軌：在下降前5小時，天問一號建立降軌姿態，軌道器發動機點火降低，進入近火點50公里的大橢圓軌道。

② 分離：在距離地面100多公里處，實現軌道器和着陸器分離。不妨把此時的時間作為進入大氣的起點，自此開啓約9分鐘的着陸。

兩器到達安全距離後，軌道器立即點火，抬升軌道進入中繼軌道（環繞軌道）。軌道器升軌同時，也實時拍攝監測着陸器的下降過程。

③減速：兩器分離後，有三個減速過程。分別是氣動減速、傘降減速、動力減速。

一、氣動減速，靠大氣摩擦減速。此時展開配平翼，隨着防熱大底和大氣不斷摩擦，飛行器速度逐步降低，此階段為純氣動減速段，消耗將近90%的速度，超音速減速傘打開。

二、傘降減速，超音速減速傘打開，此時高度約11公里，減速傘使用的是盤-縫-帶設計傘。此時着陸器將先後拋掉防熱大底和背罩輕裝着陸。

三、動力減速，在着陸器同背罩分離同時，發動機點火，對地雷達隨機開機，着陸緩衝機構（四條着陸腿）展開。

④ 懸停：通過調整發動機推力，使着陸器在高度100米時,速度為0，達到懸停的目的，着陸器下方的對地相機同時拍攝下方圖像，自主分析並選擇相對平整適宜着陸的點。着陸器調整姿態，前往着陸點，並開始下降。

⑤ 着陸：通過着陸腿的緩衝機構抵消剩餘的動能。着陸器緩緩降落在火星表面，此時垂直速度和水平速度都非常小，通過着陸腿的緩衝抵消剩餘的動能，類似與人從高處跳下時的下蹲。

着陸過程中遭遇了哪些嚴峻挑戰？

天問一號任務一次性完成“環繞、着陸、巡視”三大步，着陸是其中最複雜、最難的部分。

着陸過程，是着陸巡視器從進入火星大氣層到降落到火星表面的過程，整個過程大約9分鐘。雖然時間短暫，卻是整個飛行任務中的一道頂級難題。

**挑戰1：**信號延時—超過10分鐘

軌道器和着陸器的分離決定任務成敗。

天問一號距離地球非常遙遠，信號單程時延10分鐘以上。地面無法進行實時測控干預，探測器會自主執行預先注入的指令，並自行判斷指令執行的效果。一旦發現問題，必須在極短時間內進行自我診斷，排除故障。

**挑戰2：**剎車難控—歷史成功率50%

人類迄今共實施47次火星探測任務（含2020年7月的3次發射任務），成功或部分成功的僅25次，成功率剛過50%。而對火星着陸任務，目前共實施22次，算上此次，僅成功10次，中國此次火星探測任務在世界航天史上亦是創舉。

**挑戰3：**險點難料—智能化要求高

着陸受火星大氣的影響，如果突然火星起沙塵暴那樣極端的氣象那有可能造成嚴重後果。此外熱防護、降落傘，減速也是重要風險點。

降落過程，目前中國尚未在外太空使用過降落傘，這是中國首次以降落傘的方式軟着陸到地外行星。這個着陸過程與地球通信的延時很長，因此對自主性、智能性、實時性的要求更高。

減速過程要求非常精確，減速控制如何足以決定任務的成敗，如果速度沒降下來，那着陸器就砸到火星表面，砸了一個坑不説，祝融號也會壞掉，前面的努力都會白費。

另外姿態控制也很重要，如果沒控制好，着陸時“四腳朝天”那就麻煩了。

相比地球和月球，在火星表面着陸更加複雜。火星表面也籠罩着大氣層，但大氣密度僅為地球的0.6%~0.7%。航天器在進入火星的過程中，一方面無法單純依靠大氣降低到安全速度，同時又必須考慮空氣摩擦產生的熱量衝擊。

從目前火星地貌影像看，火星地形複雜程度超過月球，與地球、月球的地形很不一樣。

開展巡視探測工作的過程中，祝融號也將面臨地形、能源、路況、沙塵、通信等各種挑戰。

着陸點為什麼選烏托邦平原？

着陸點選擇需要綜合科學與工程2方面進行考慮，以儘可能的降低工程風險，並提高科學探測價值。

“天問一號”火星探測任務的首選着陸點位於火星烏托邦平原，是火星上最大的平原，其表面下可能有大量的水冰儲備。在科幻系列《星際旅行》中，烏托邦平原就是星際聯邦的主要造船基地。

如果有一天，太空機構將人類送上火星，水將是一種至關重要的資源，因為它既可以維持宇航員的生命，也可以分解成氫和氧作為火箭燃料。

飛往火星的宇宙飛船不太可能攜帶足夠的水、氧氣和氫氣，完成往返火星的整個旅程。

火星車上搭載了6種科學設備，包括可用來拍照導航的地形相機及雷達、測量火星氣象的氣象儀、火星表面磁場探測儀、火星表面成分探測儀等，為完成火星表面巡視探測和科學研究保駕護航。祝融號預計在火星表面工作90多天。

那麼，着陸器着陸後，軌道器幹啥去了？

軌道器降軌，變身“火星遙感衞星”。火星表面巡視探測任務結束後，軌道器將降軌到橢圓形的遙感任務軌道，又變身為“遙感衞星”。

它將繞火星飛行約1個火星年（約2個地球年），完成火星全球遙感探測任務，同時兼顧祝融號火星車的中繼通信。

預計着陸後的第8個火星日，中國首輛火星車將緩緩駛下着陸平台，在烏托邦平原上軋下第一道印記。

（人民民日報客户端、科普中國等）