登陸火星，究竟難在哪？

5月15日，我國“祝融”火星車在火星的烏托邦平原南端着陸。

最新的科學探測發現，在火星烏托邦平原距離地面1到10米的淺表底層下方有大量地下水冰存在，儲水量相當於地球面積最大的淡水湖——蘇必利爾湖。火星地下有水，是否意味着火星存在或存在過生命？這些問題都有待我國火星車在烏托邦平原這片神奇之地做進一步解答。

選擇烏托邦平原着陸，或可揭開火星生命之謎。但火星登陸兇險萬分，探測器需要克服哪些困難？登陸火星又有哪些不同的方式？

成功率只有大約50%

選定着陸點後，最大的挑戰就是如何在火星着陸。目前，世界火星探測器着陸的成功率只有大約50%。

這是由於火星距離地球太遙遠了，地面的遙測和遙控信號很微弱。另外，由於地球與火星的通信延時達10分鐘以上，所以在火星着陸的全過程中，一切都要靠探測器自主進行。還有，當火星探測器運動到火星背面時，地球上無法準確地確定其軌道參數，這就會給再入高度的選擇帶來困難。

着陸前，必須提前給火星探測器注入數據，使它在着陸過程中完全自主地執行上百個程序，任何一個程序都不能有誤。

進入火星大氣層後，火星探測器防熱措施如何，降落傘、氣囊和緩衝火箭等能否按程序工作，都至關重要，必須非常精確，1秒不差。因此，火星探測器的着陸過程的每個環節都不能有閃失。有一名美國科學家曾形容火星探測器着陸時的心情，就好像丈夫在產房外等待妻子分娩一樣。

原定1999年12月3日在火星着陸的美國“火星極區着陸器”在即將登陸火星表面時，由於軟件錯誤導致其起減速作用的火箭發動機過早關閉，最終撞毀。2016年10月20日，歐洲“火星生物學-2016”探測器中的“夏帕雷利”進入、降落和着陸演示器在着陸前與地面失去了聯繫，原因僅為一個一秒的計算失誤，提前將降落傘與防熱罩分離，導致“夏帕雷利”硬着陸而撞毀。

3種着陸火星方式

經過大量研究和實踐的探索，目前，探測器在火星軟着陸方式主要有3種，每種方案都各有優缺點，但基本原理相同，就是依靠火星大氣對進入艙和降落傘產生的阻力以及探測器上緩衝發動機的反推，把高速飛行的火星探測器在着陸火星表面時的速度減為零。

第一種着陸方式是氣囊彈跳式。這種方式比較簡單，成本低，但只能滿足重量小的火星探測器軟着陸要求，且着陸精度不高。美國“火星探路者”、“勇氣”號和“機遇”號火星車都採用這種着陸方式，即降落傘+氣囊彈跳的方式着陸。由於着陸時是硬着陸，所以被氣囊包裹住的探測器剛着陸時會被彈起10層樓高，然後經過多次彈跳，逐漸降低彈跳高度，最後在火星表面着陸。

第二種着陸方式是反推着陸腿式。這種着陸方式複雜一些，成本高，可滿足重量較大的探測器在火星軟着陸要求，着陸精度較高，與“神舟”飛船返回艙返回地球類似。美國的海盜1號和2號、“鳳凰”號、“洞察”號以及我國的“祝融”火星車都採用這種着陸方式，即降落傘+緩衝發動機反推+着陸腿方式着陸，其中着陸腿在着陸時起到一定緩衝作用。

第三種着陸方式是空中吊機式。這種着陸方式最為複雜，成本最高，技術最先進，可滿足重量更大的探測器軟着陸要求，着陸位置也可以更精確。美國“好奇”號和“毅力”號火星車都採用這種着陸方式，即降落傘+緩衝發動機反推+空中吊機方式着陸。

（全國空間探測技術首席科學傳播專家 龐之浩）