中國航天再次迎來曆史性時刻！

　　5月15日7時18分，距離地球3.2億(yi) 千米之外，天問一號探測器成功實現火星表麵軟著陸，穩穩落在火星烏(wu) 托邦平原南部預選著陸區，我國首次火星探測任務著陸火星取得成功！

　　自去年7月23日在文昌航天發射場啟程，天問一號經曆了長達近7個(ge) 月的“奔火”之旅和3個(ge) 月的“環火”探測，如今“登火”成功，並且即將開展巡視探測。

　　環繞、著陸、巡視，通過一次發射實現“繞、著、巡”三大任務，這在世界航天史上尚屬首次。火星探測屬於(yu) 高風險航天任務，我國突破了第二宇宙速度發射、行星際飛行及測控通信、地外行星軟著陸等關(guan) 鍵技術，邁出了星際探測征程中的重要一步，是我國航天事業(ye) 發展中又一個(ge) 具有重大意義(yi) 的裏程碑。

　　看點①: 從(cong) “奔火”到“探火”，天問一號要闖六道關(guan)  

　　由於(yu) 地球與(yu) 火星之間距離迢迢，天問一號探火的旅程可謂征途漫漫。

　　從(cong) 工程設計來看，我國首次火星探測任務過程包括發射段、地火轉移段、火星捕獲段、停泊段、離軌著陸段和科學探測等6個(ge) 階段。

　　2020年7月23日，天問一號在文昌航天發射場飛向遙遠深空。按照預先設計的精準軌道，天問一號在浩渺無垠的太空中飛行了202天，飛行裏程約4.75億(yi) 千米，其間實施了1次深空機動和4次中途修正，終於(yu) 在2021年2月10日成功實施火星捕獲，從(cong) 地火轉移軌道進入到環火軌道。

　　2月10日19時52分，天問一號探測器成功實施火星捕獲，成為(wei) 我國第一顆人造火星衛星，實現“繞、著、巡”目標的第一步。

　　進入火星軌道後，天問一號探測器經過幾次調整，於(yu) 2月24日成功實施第三次近火製動，進入火星停泊軌道，開展了為(wei) 期約3個(ge) 月的環繞探測。

　　為(wei) 什麽(me) 在軌探測這麽(me) 久？專(zhuan) 家介紹，天問一號探測器在火星停泊軌道運行，繞火期間一次次從(cong) 首選著陸點烏(wu) 托邦平原上空掠過。經過預定著陸區上空時，天問一號會(hui) 利用中分辨率相機、高分辨率相機、光譜儀(yi) 等載荷設備對預定著陸區進行詳查，主要探測預定著陸區的地形、地貌以及是否存在沙塵天氣等，為(wei) 著陸巡視器安全著陸做好準備。

　　“我們(men) 之前並沒有去過火星，也不掌握一手資料，因此這些數據的收集非常重要。”中國航天科技集團五院總體(ti) 設計部火星探測器總體(ti) 主任設計師王闖表示。

　　看點②: 登陸是火星探測最關(guan) 鍵環節，主要麵臨(lin) 三大難點 

　　此前不少媒體(ti) 在報道天問一號著陸的過程中，使用了“黑色7分鍾”的說法。對此，國家航天局探月與(yu) 航天工程中心深空探測總體(ti) 部部長耿言解釋，“7分鍾隻是個(ge) 約數，我國此次著陸過程設計時長為(wei) 9分鍾。這是因為(wei) 天問一號在實施火星捕獲時已有減速動作，工程設計上是先環繞、再進入，因此速度相對其他國家低一些，工程設計情況和進入速度不同，所需時間也不太相同。”

　　但是，無論是7分鍾還是9分鍾，“進入、下降、著陸”這一階段都是火星探測最關(guan) 鍵和核心的環節。此前一些失敗的火星探測任務，大多是在這一過程中“折戟”失利。

　　登陸火星麵臨(lin) 三大難點：

　　首先是火星環境的不確知性，增加了著陸的不確定性。火星表麵有一層稀薄的大氣，與(yu) 月球和地球的環境截然不同。“月球沒有大氣，著陸過程完全靠反推發動機減速，幹擾因素少；對於(yu) 地球的大氣環境，我們(men) 也有深入認識。但我們(men) 對火星環境的了解非常有限，也沒有經過飛行驗證後的數據，火星大氣稀薄且受季節、夜晝、火星風暴等影響非常不穩定；火星表麵地形複雜，遍布岩石、斜坡、溝壑等障礙物；火星塵暴也較地球更為(wei) 嚴(yan) 重。這些都會(hui) 帶來很大風險。”耿言分析。

　　其次，著陸過程較為(wei) 複雜，短時間內(nei) 完成多個(ge) 動作，不容半分差錯。中國航天科技集團五院天問一號探測器總設計師孫澤洲表示：“這個(ge) 過程需要融合氣動外形、降落傘(san) 、發動機、著陸緩衝(chong) 等多項技術才能實施軟著陸。每個(ge) 環節都必須確保精準無誤，差一秒都可能造成整個(ge) 任務的失敗。”

　　第三，距離遙遠，隻能靠著陸巡視器全程自主控製。“著陸時，火星和地球的距離達到3.2億(yi) 千米，無線電信號一來一往大約35分鍾，地麵不可能直接遙控，所有動作觸發條件的測量、判斷，所有動作的執行，包括最後階段通過拍攝著陸區的圖像並選擇滿足條件的著陸點，均是自主測量、自主判斷、自主控製。”耿言表示。

　　看點③: 驚心動魄的9分鍾，環環相扣、步步驚心 

　　麵臨(lin) 如此艱巨的挑戰，天問一號又是如何漂亮利索地完成整個(ge) 過程的？

　　5月15日淩晨1時許，天問一號探測器在火星停泊軌道實施降軌，機動至火星進入軌道。隨後，環繞器與(yu) 著陸巡視器開始器器分離，繼而環繞器升軌返回停泊軌道，著陸巡視器運行到距離火星表麵125千米高度的進入點，開始進入火星大氣。

　　天問一號的降落過程曆時約9分鍾，大致分為(wei) 氣動減速段、降落傘(san) 減速段和動力減速段。9分鍾內(nei) ，著陸巡視器要完成10多個(ge) 動作，每個(ge) 動作都要一氣嗬成，而且隻有一次機會(hui) ，可以說是環環相扣、步步驚心。

　　王闖告訴記者，天問一號在進入火星大氣層以後首先借助火星大氣，進行氣動減速。“這個(ge) 過程中克服了高溫和姿態偏差，氣動減速完成後天問一號的下降速度也減掉了90%左右。”

　　緊接著天問一號打開降落傘(san) ，進行傘(san) 係減速，主要有降落傘(san) 展開、拋大底、拋傘(san) 拋背罩幾個(ge) 步驟。“超音速降落傘(san) 是減速技術中難度最大的一個(ge) 環節，天問一號在使用降落傘(san) 時要保證在超音速、低密度、低動壓下打開，這個(ge) 過程存在開傘(san) 困難、開傘(san) 不穩定等問題。”王闖介紹，“火星大氣非常稀薄，要求探測器的氣動外形具備高效的減速性能，同時需要更輕量化的防熱材料。”

　　當速度降至100米/秒時，天問一號通過反推發動機進行減速，由大氣減速階段進入動力減速階段。在距離火星地表100米時天問一號進入懸停階段，完成精避障和緩速下降後，著陸巡視器在緩衝(chong) 機構的保護下，抵達火星表麵。

　　孫澤洲表示，火星探測器繼承了嫦娥三號、四號、五號成熟的懸停、避障技術，以確保安全著陸。科研人員還在國際上首次采用了基於(yu) 配平翼的彈道—升力式進入方案，以降低火星大氣參數不確定性帶來的風險，提高適應能力。

　　看點④: 著陸區選擇兼顧工程與(yu) 科學目標，成果產(chan) 出值得期待 

　　天問一號著陸巡視器平穩著陸，著陸地點為(wei) 什麽(me) 要選擇在火星北半球的烏(wu) 托邦平原？

　　“火星上的地形地貌從(cong) 分布上來看，北半球多為(wei) 平原，南半球大多是山地，坑窪不平，因此國際上有著陸計劃的火星探測任務，大多數選擇著陸在北半球。”耿言介紹，基於(yu) 工程實現“安全著陸與(yu) 巡視”的要求，科研人員識別了高度、坡度、岩石、風速、塵土、能源等約束要素，在要求的北緯5度—30度區間內(nei) ，選了兩(liang) 個(ge) 區域。“首先是希望海拔高度低一點，這樣著陸過程長一點，探測器更從(cong) 容一些。其次是希望地勢平緩，石塊分布盡可能少一點，風速也盡可能小一點，要盡量避開沙塵暴。另外，要選擇白天降落，保證著陸後太陽能帆板打開，順利獲取能源保障。”

　　烏(wu) 托邦平原南部預定區域，位於(yu) 古海洋和古陸地的交界處，科學家認為(wei) 該地方有很高科學價(jia) 值，很有可能會(hui) 取得意想不到的科學成果。此外，預選著陸區位於(yu) 埃律西昂火山西麵，存在與(yu) 火山活動和演化有關(guan) 的科學問題。

　　看點⑤: “祝融號”火星車，將在火星展開巡視探測 

　　火星探測是一項科學探索性強的工程，到達火星後獲取有效的科學探測數據對於(yu) 科學研究來說非常重要。

　　天問一號成功著陸後，進入艙將著陸信息通過環繞器轉發地麵。進入艙和“祝融號”火星車先後完成坡道及太陽翼天線展開，火星車在第一時間將成功展開的消息傳(chuan) 回地麵。一切準備就緒後，火星車將自主駛離著陸平台，抵達火星，開始新的征程。

　　“祝融號”以3天為(wei) 一個(ge) 工作周期。受到火星苛刻的環境影響，火星車每次隻能“工作”一兩(liang) 個(ge) 小時，工作內(nei) 容主要包括環境感知、科學探測、數據下傳(chuan) 等。

　　火星車上搭載了6台載荷，分別是多光譜相機、次表層探測雷達、火星表麵成分探測儀(yi) 、火星表麵磁場探測儀(yi) 、火星氣象測量儀(yi) 、地形相機。它們(men) 共有五大使命，主要涉及火星空間環境、地表形貌特征、土壤表層結構等研究，將帶來火星的第一手資料。其中，與(yu) 氣象有關(guan) 的研究項目將收集溫度、氣壓、風速和風向的大氣數據，並研究火星的磁場和重力場。

　　如果隻看圖片，火星的地貌似乎與(yu) 地球上的沙漠戈壁無異。但火星上的風速可達180米/秒，幾乎是地球上特大台風風速的3倍還多。強烈的風速會(hui) 掀起大量的沙塵、石塊，形成特大沙暴，對火星車的生存造成嚴(yan) 峻考驗。麵對這樣的情況，設計師使用了一種新型材料，這種材料不易沾上灰塵，即使沾上，也可以通過振動將其抖落。

　　火星表麵還密布著石塊等障礙物，火星車的行駛需要更加“小心翼翼”。王闖透露，在航天五院的實驗室中，有一台一模一樣的火星車。當遇到複雜路況時，地球上的火星車將對火星路況進行模擬行駛，確認無誤後才會(hui) 發出指令。

　　天問一號是我國“行星探測重大工程”整體(ti) 規劃中的第一次任務，後續還規劃了小行星探測、火星取樣返回、木星係及行星穿越探測。

　　未來的深空探測，更加值得期待。

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