2021年5月15日，在經曆了296天的太空之旅後，天問一號火星探測器所攜帶的祝融號火星車及其著陸組合體(ti) ，成功降落在火星北半球的烏(wu) 托邦平原南部，實現了中國航天史無前例的突破：天問一號，成為(wei) 中國首顆人造火星衛星。祝融號，成為(wei) 中國首個(ge) 火星巡視器（火星車）！

　　中國成為(wei) 繼蘇聯、美國後第三個(ge) 真正“踏上”（成功著陸）火星的國家，也是首次火星探測即實現著陸的國家。

　　天問一號著陸器最後著陸階段藝術效果圖（圖源：國家航天局）

　　在中國神話體(ti) 係中，祝融是為(wei) 華夏民族傳(chuan) 下火種的創世祖神之一，教會(hui) 了古人學會(hui) 用火。中華文化源遠流長，這個(ge) 充滿文化色彩的稱號，在全網投票中脫穎而出，成為(wei) 中國首個(ge) 火星車的大名。

　　天問，問天！祝融，探火！中國航天在用極致的浪漫組合將神話變成現實。

　　關(guan) 於(yu) 祝融號，大家是不是存有許多疑問？本文就帶你詳細解讀十大疑問，全方麵了解它的著陸之旅和對中國乃至世界航天的意義(yi) 。

　　問題一：為(wei) 什麽(me) 要著陸火星？

　　火星是地球的近鄰，與(yu) 地球同為(wei) 岩質行星，元素組成和基本結構與(yu) 地球相似，它的成長與(yu) 演化曆史也揭示著地球的過去和未來。火星上擁有空氣、水源和有機物存在的痕跡，個(ge) 頭雖小表麵積卻與(yu) 地球的總陸地麵積接近，各方麵條件都遠優(you) 於(yu) 另一個(ge) 近鄰金星。

　　地球和火星對比（圖改自：NASA）

　　在具體(ti) 探測技術方麵，人類先後有過四大方案：“驚鴻一瞥”的飛掠，僅(jin) 在探測早期技術不成熟無法入軌環繞火星、或兼職探測火星時使用；“登高望遠”的環繞，通過穩定環繞全方麵探測火星總體(ti) 情況，但無法看清細節；“明察秋毫”的著陸，抵達火星表麵近距離接觸，但僅(jin) 能定點探測；“自主移動”的巡視，能在火星表麵探測更大的範圍。

　　受限於(yu) 所攜帶的電力和通信天線能力，著陸和巡視任務幾乎無法直接與(yu) 地球通信，必須依賴環繞器的信號中繼服務。前往火星期間，它們(men) 也需要導航、通信、能量等服務。因此，環繞器是所有火星探測任務的基礎。

　　2020年10月1日天問一號分離測量傳(chuan) 感器完成的“深空自拍”

　　（圖源：國家航天局）

　　我國首次火星探測時，天問一號僅(jin) 在一次任務中就同時實現“環繞”、“著陸”和“巡視”三大目標，實現對火星從(cong) 天到地的立體(ti) 觀測。其中，自由移動的祝融號著陸火星後，能將火星表麵各種細節直觀地全方位展現出來，這一成果的意義(yi) 是不可取代的。總體(ti) 上，近些年來人類探測火星的任務中，天問一號可以說是“複雜度之最”，這體(ti) 現了中國航天事業(ye) 快速發展帶來的巨大信心。

　　問題二：為(wei) 什麽(me) 抵達火星後耐心等待了三個(ge) 月才著陸？

　　一方麵，環繞器的完全成功是探測火星的基本前提。在環繞器穩定後再進行著陸操作，可以為(wei) 著陸巡視組合體(ti) 提供更大的選擇餘(yu) 地和容錯空間。另一方麵，中國還缺乏對火星的全麵了解，著陸區的實際地形地貌和氣象條件等都需要詳細勘察。因此，抵達火星後，需要花一定時間研究勘察。否則，貿然著陸的風險可想而知。

　　2021年2月10日19時52分，天問一號環繞器攜帶著陸巡視組合體(ti) ，成功切入環繞火星軌道並成為(wei) 火星的一顆人造衛星。隨後它們(men) 完成了三大步驟：

　　1.火星上空“側(ce) 空翻”：2月15日，在遠火點處將軌道調整為(wei) 能覆蓋火星全球的極地軌道，從(cong) 靠近赤道的“橫著飛”變成“縱向飛”，視野大大增加。近火點則鎖定在烏(wu) 托邦平原等低緯度區域，為(wei) 後續科研和勘查做準備。

　　2.進入“停泊軌道”：2月24日，天問一號成功調整到這條過渡軌道，距離火星更近、周期更短，每兩(liang) 個(ge) 火星日環繞一周。在這條軌道穩定運行三個(ge) 月期間，詳細勘察著陸區域。

　　天問一號在停泊軌道運行期間，發回了多批次天問一號拍攝的高清圖像，有些成像區域內(nei) 火星表麵小型環形坑、山脊、沙丘等地貌清晰可見（圖源：國家航天局）

　　3.各項儀(yi) 器開機：天問一號攜帶了13台主要科學儀(yi) 器，其中環繞器上有7台，重點是在近火點時利用中分辨率相機和高分辨率相機等對火星表麵高清成像。三個(ge) 月時間的調試校正後，所有儀(yi) 器係統都達到最佳工作狀態。

　　問題三：為(wei) 什麽(me) 著陸過程是“恐怖九分鍾”？

　　火星著陸持續時間受一係列因素影響，如衝(chong) 入火星大氣的速度、角度、地點和時間，著陸地點的地形地貌特點（尤其是高度），著陸期間的氣象條件，具體(ti) 著陸技術方案和細節等，總體(ti) 著陸時間在7-10分鍾不等。祝融號選擇的著陸區是高度較低的烏(wu) 托邦平原，總著陸時間在9分鍾左右，也被叫做“恐怖九分鍾”。

　　這是因為(wei) ：火星雖是近鄰，但與(yu) 地球的距離在5500萬(wan) 千米到4億(yi) 千米之間變化，遠超月球。這不僅(jin) 意味著一次火星探測任務動輒需要飛行7-11個(ge) 月，還意味著從(cong) 地球上發出信號與(yu) 火星通信，至少需要6-45分鍾的雙向通信時延。火星大氣稀薄，引力較小，整體(ti) 著陸過程僅(jin) 持續數分鍾，期間根本不可能在地球上進行控製，這個(ge) 過程必須依靠著陸組合體(ti) 獨立自主完成。

　　2000-2022年地球和火星距離變化，各火星探測任務在太空中飛行的時間區間

　　此外，火星半徑為(wei) 3400千米左右，約為(wei) 地球的一半，表麵引力約為(wei) 地球的38%，表麵空氣密度不足地球海平麵的1%水平，但這並不意味著著陸火星難度低。實際上，著陸火星的困難程度遠遠超過了月球。雖然大氣可以給著陸巡視組合體(ti) 帶來一定的氣動減速能力，但密度太低不可能減速到理想的著陸狀態，最後一定需要反衝(chong) 火箭工作懸停降落。為(wei) 應對不可避免的大氣衝(chong) 擊、摩擦和積累的熱量，著陸巡視組合體(ti) 還必須增加氣動、隔熱、避震等防護結構，重量、複雜度和成本等大幅度上升，風險係數也大大增加了。

　　因此，當地球上的航天人通過精確計算得知祝融號正在火星獨立完成各項著陸操作、卻不得不耐心等待信號回傳(chuan) 時，這種焦急的體(ti) 驗不可謂不“恐怖”。

　　問題四：著陸期間，祝融號到底經曆了什麽(me) ？

　　在最終確認開始著陸指令後，著陸巡視組合體(ti) 會(hui) 與(yu) 環繞器分離，開啟獨立著陸之旅。期間姿態控製發動機工作，嚴(yan) 格控製著陸軌跡角度與(yu) 方向。如果衝(chong) 進火星的角度過大就會(hui) 超過隔熱層能忍受的極限，如果過小任務就會(hui) 像打水漂一般滑入深空。

　　衝(chong) 入火星大氣後，5千米/秒級別的速度依然導致稀薄的大氣衝(chong) 擊和摩擦產(chan) 生了巨大的震動和熱量，足以融化大部分金屬。通過隔熱大底和多種散熱手段，著陸巡視組合體(ti) 的溫度依然能保持常溫。期間速度驟降到數百米/秒，巨大的降落傘(san) 在火星上空約10千米的高度打開。

　　隨著速度的迅速降低，已經被燒蝕得不成樣子的隔熱大底沒有存在的必要了，對這一功臣的“回報”是：它將被拋離並直接脫落在火星表麵。此時，暴露出來的底部雷達和工程相機等立即開始急速工作，緊盯目標著陸區域，分析與(yu) 預計的匹配程度，讓控製導航計算機快速解算最佳著陸方案。初步選定期間，速度已經降至100米/秒以內(nei) ，降落傘(san) 功成身退，此時才是大戲上演的時刻。

　　各火星著陸任務初始階段流程接近，圖為(wei) 毅力號火星車部分著陸流程示意（圖源：NASA）

　　著陸巡視組合體(ti) 依靠底部強大的反衝(chong) 火箭工作開始減速，各種傳(chuan) 感器進一步仔細檢查地麵情況，避免亂(luan) 石堆、斜坡、溝穀的特殊地貌，找尋最佳著陸角度和姿勢。隨著速度進一步降低至懸停避障狀態，著陸巡視組合體(ti) 近距離火星表麵數米高。最後階段火箭停止工作，盡力減少火箭工作揚起沙塵等因素對它們(men) 的影響，著陸巡視組合體(ti) 成功降落火星表麵。

　　2019年11月14日，著陸巡視組合體(ti) 懸停避障試驗在河北懷來外天體(ti) 著陸綜合試驗場進行，這也是祝融號首次公開亮相（圖源；央視新聞）

　　眾(zhong) 多複雜的動作，猶如在火星獨自“刀尖上起舞”，稍有不慎便會(hui) 任務失敗，難度可想而知，了不起的成就！

　　問題五：祝融號怎麽(me) 獲取能量？

　　祝融號是天問一號全程嗬護的“掌上明珠”。在飛行、環繞和著陸期間，環繞器和著陸器全程為(wei) 它保駕護航，提供重要的通信、能量和動力服務。但是抵達火星表麵後，著陸器將放出導軌，祝融號必須開機，在經曆數天能量積累後，最終走出“溫室”、依靠自身能力獨立生存。

　　祝融號的外觀結構（圖源見水印）

　　祝融號依靠太陽能進行工作。由於(yu) 火星距離太陽更遠，這裏的太陽能密度僅(jin) 為(wei) 地球附近的4成左右，對太陽能帆板收集能量的要求極高。它使用了4片巨大的由三結砷化镓構成的“蝴蝶型”太陽能電池陣列，確保足夠能量供應。同時，火星上動輒有大規模的沙塵暴，會(hui) 對太陽能收集效率產(chan) 生巨大影響，甚至直接影響火星車工作壽命。通過防塵塗層技術，祝融號表麵的抗沙塵能力大幅提高。但對於(yu) 曠日持久的全球沙塵暴，則隻能是“我打不起，但躲得起”，進入休眠狀態，先躲過“風頭”再說。

　　火星表麵空氣極其稀薄，保溫效應有限，直接導致晝夜溫差過大，白天可達20攝氏度、夜晚卻能低於(yu) 零下100攝氏度，這對於(yu) 不少儀(yi) 器將是巨大挑戰。一方麵，祝融號必須在夜晚“熄火”休眠；另一方麵，它也采用了納米級氣凝膠和正十一烷集熱窗等溫控技術，確保安全無虞度過漫漫長夜。

　　問題六：祝融號怎麽(me) 運動？

　　會(hui) 動，是火星車的核心功能。

　　但火星上並不是一片“坦途”，隨機出現的尖銳砂石會(hui) 輕易破壞火星車的動力係統，且這些傷(shang) 害會(hui) 逐漸累積，對火星車造成巨大威脅。例如“勇氣號”火星車2009年陷入沙坑，導致輪子出現故障，無法轉動，一直被困到任務結束。目前正在運轉的“好奇號”火星車，可能導致任務終止的最大風險之一就是逐漸殘破的輪子。

　　好奇號破損的輪子顯示出火星表麵“路況複雜”（圖源：NASA）

　　祝融號的機身被設計成了可升降的主動懸架結構，能夠自由轉向，六個(ge) 輪子均獨立驅動，多輪懸空的條件下依然能自由移動。在極端地形中，祝融號還能重新設計輪子驅動方案以實現“蠕動”、“蟹行”和“踮腳”等複雜機械操作，成為(wei) 一輛不折不扣的“火星六驅越野車”，以提高駕駛安全性，可以說這將成為(wei) 祝融號在火星馳騁的 “風火輪”。

　　著陸火星後的祝融號藝術效果圖（圖源：國家航天局）

　　不過，祝融號的核心使命是科研，任何機動性能都不如“行車交規”重要。首先，嚴(yan) 格限速，節約寶貴的太陽能。這個(ge) 240千克的大家夥(huo) 實際速度僅(jin) 為(wei) 厘米/秒級別，連烏(wu) 龜都跑不過；其次，謹小慎微，“走一步，歇兩(liang) 步”，經常停下來利用地形相機和避障相機等詳細“眼觀八方” ，確認安全再出發；再次，聚精會(hui) 神。要麽(me) 認真行駛，要麽(me) 停車讓科學儀(yi) 器開啟工作，聚精會(hui) 神，絕不“邊走邊玩”；最後，真的發生緊急情況陷入困境後，航天人也會(hui) 在地球實驗室利用火星車的“雙胞胎”備份還原真實火星駕駛場景，設計多種解決(jue) 方案，幫助它脫困。

　　不存在絕對安全的車，隻存在絕對安全的交規。“行車不規範，親(qin) 人兩(liang) 行淚”，即使在火星，祝融號也牢記交規。

　　問題七：祝融號怎麽(me) 與(yu) 地球通信？

　　地火距離對於(yu) 通信是個(ge) 巨大的挑戰，信號衰減情況隨著距離增加迅速提升。一方麵，在地球上需要建立巨大的深空通信天線網，以盡可能捕捉來自天問一號的微弱信號；另一方麵，天問一號的環繞器也要攜帶直徑達2.5米的高增益定向天線，盡力提高通信能力，與(yu) 地球保持穩定聯係。

　　服務於(yu) 天問一號的天線之一：位於(yu) 天津武清的70米口徑全可動天線，這是亞(ya) 洲最大口徑同類天線，總麵積比10個(ge) 籃球場加一起還大（圖源：央視）

　　然而，祝融號是不可能像環繞器一樣攜帶巨大的天線並提供足夠能量供應的。同時，它還攜帶了6大核心科學儀(yi) 器和工程相機等輔助係統，數據量巨大，對通信資源要求很高。祝融號還時刻跟隨火星自轉，與(yu) 地球溝通極為(wei) 困難。

　　因此，祝融號通過環繞器實現信號中繼。在正常運轉時將所有寶貴數據儲(chu) 存起來，環繞器飛臨(lin) 祝融號上空時，祝融號將信號上傳(chuan) 並接收新指令，全程由環繞器直連地球。

　　問題八：祝融號能進行什麽(me) 科研？

　　千言萬(wan) 語不如一張圖，“拍照”是祝融號最核心的科學研究目標之一。例如，可拍攝火星高清廣角大圖的導航地形相機，能為(wei) 我們(men) 帶來各種火星“華麗(li) 的荒涼”場景。通過多光譜相機，可以詳細分析地形、地貌和地質的具體(ti) 情況，岩石土壤光譜數據也能助力科學家研究火星表麵演化的曆史和未來。

　　工作狀態的火星車藝術效果圖（圖源：中國航天局）

　　表麵成分探測儀(yi) 也是個(ge) “黑科技”。微成像相機能將砂石放大到頭發絲(si) 般粗細的微米級，激光誘導擊穿光譜儀(yi) 更能在數米外用激光把岩石成分燒蝕成等離子體(ti) ，同時利用有“遠程顯微鏡”之稱的短波紅外光譜顯微成像儀(yi) 進行分析，大幅增加了祝融號的科研範圍和能力。這一幕，像不像科幻電影中外星人降臨(lin) 利用激光武器“毀天滅地”的場景？

　　此外，通過次表層探測雷達，我們(men) 能利用“火眼金睛”一探火星土壤和淺層地下的結構，找尋那裏暗含的奧秘；火星沒有全球覆蓋的穩定磁場，但表麵卻存在支離破碎的偶極磁場，暗含著火星曆史演化的痕跡，這些需要表麵磁場探測儀(yi) 大展身手；而氣象測量儀(yi) ，則能為(wei) 祝融提供各種氣象條件，讓我們(men) 了解這顆神秘行星的“呼吸脈絡”。

　　問題九：祝融號著陸後，天問一號在幹什麽(me) ？

　　祝融號工作期間，天問一號的環繞器會(hui) 一直緊張忙碌為(wei) 它服務，轉發各種科研數據回歸地球，同時向它轉發來自地球的指令。

　　但環繞器本身也是個(ge) 超級科研平台，它攜帶了7項儀(yi) 器。由於(yu) 環繞器飛行在距離火星最近200餘(yu) 千米、最遠12000餘(yu) 千米的大橢圓軌道，它們(men) 能在多種軌道高度對火星進行整體(ti) 性、全球性、綜合性研究。

　　靠近火星階段（距離火星約220萬(wan) 千米），天問一號的環繞器就已經拍下了火星的美圖（圖片來源：國家航天局）

　　環繞器帶有中分辨率相機、高分辨率相機、次表層探測雷達、礦物光譜分析儀(yi) 、磁強計、離子與(yu) 中性粒子分析儀(yi) 、能量粒子分析儀(yi) 等的超強組合。火星大氣電離層怎麽(me) 樣？火星周邊太陽風等行星際環境如何？火星表麵和地下的水冰在哪裏？火星的土壤類型怎麽(me) 樣、怎麽(me) 分布？火星的地形地貌有多壯觀？它們(men) 如何變化？火星表麵礦物和物質成分情況如何，哪裏會(hui) 有“寶藏”？火星的過去和未來到底怎麽(me) 樣？有沒有可能存在生命？有太多的感興(xing) 趣話題，都需要等待環繞器集中解答。

　　問題十：天問一號對中國和世界航天有什麽(me) 意義(yi) ？

　　探測火星從(cong) 來都不是一件容易的事情，幾千年來，中國文化一直用“熒惑”來描述對它的未知，西方文化也把它想象成了象征著災禍的戰神（Mars/馬爾斯）。人類進入航天時代後，對火星的探測掀起一波又一波浪潮，但也麵臨(lin) 著極為(wei) 殘酷的挑戰。20世紀60年代，開局就是6次慘烈的失敗，直到今天總成功率也僅(jin) 為(wei) 一半左右，無論成功與(yu) 否，每一個(ge) 任務都造價(jia) 不菲。

　　天問一號探測火星，祝融號著陸火星，不僅(jin) 是中國航天工程任務難度的新突破，更是我國在行星科學領域的史無前例突破。天問一號的五大科學目標將為(wei) 我國深空探測領域打下重要的基礎，同時，也給世界帶來了對火星研究的豐(feng) 富補充。宇宙是個(ge) 聯係的整體(ti) ，通過洞察這顆行星的奧秘，我們(men) 也能一探地球的過去和未來，邁向更遠的星辰大海。

　　中國天問係列行星探測任務logo（圖源：國家航天局）

　　2000年前，屈原在長詩《天問》中發出的“九天之際，安放安屬？”和“日月安屬，列星安陳？”的曠世之問。2000年後，中國航天人要用實際行動給出解答：天問，問天！第一站就是火星，未來，還有更多的下一站來解答古人的疑問。

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