天問一號“教科書式”著陸火星——

中國問天之路再上新臺階

2021年5月15日，經過295天的太空之旅，我國首個火星探測器天問一號成功著陸火星。中國首次火星探測任務一戰(zhàn)即勝，一氣呵成。中國科學院院士葉培建興奮地說：“這是一次教科書式的著陸，落得非常漂亮?！?/p>

這一落，是中國智慧、中國方案與中國力量的結晶。

這一天，中國問天之路再上新臺階，中華民族向更遙遠的深空又邁出了一大步。

航天科技集團五院天問一號探測器總體主任設計師王闖說，天問一號的成功著陸，是一次做好了全面準備與充足預案的勝利。

著陸火星有多難？

在天問一號著陸巡視器成功著陸火星之前，世界各國共實施了44次火星探測活動，完全成功的探測任務只有19次，成功率不到50%。

著陸，是火星探測中風險最高的環(huán)節(jié)。迄今為止，人類成功登陸火星的探測器只有9個。天問一號的成功著陸，讓火星第一次留下中國人的印跡。

著陸難，難在著陸過程的復雜。

從分離到著陸的短短9分鐘內，天問一號著陸巡視器的運行時速從約2萬公里/小時降為零，其間需要經歷氣動減速、降落傘減速、動力減速、著陸緩沖等多個環(huán)節(jié)。作為著陸巡視器的主發(fā)動機，7500N變推力發(fā)動機是動力減速環(huán)節(jié)的主要工具，使天問一號實現“最后一腳”穩(wěn)準剎車。這種“太空剎車”方法已在嫦娥三、四、五號探測器落月過程中連續(xù)三次成功實施，天問一號著陸巡視器的7500N變推力發(fā)動機正是落月用變推力發(fā)動機的2.0版。

著陸難，難在火星環(huán)境的不確定性。

不同于月球表面近似真空，火星表面有一層稀薄的大氣，且很不穩(wěn)定，會不時地出現風或沙塵暴。在降落過程中，著陸器與火星表面的大氣會劇烈摩擦，為了防止被“燒糊”，著陸器上增加了一個防熱大底，原本可以“伸出去”的發(fā)動機被“兜起來”了。有限的艙體空間限制著發(fā)動機的尺寸，天問一號變推力發(fā)動機的高度比嫦娥三號變推力發(fā)動機要縮小超60%，推力等主要性能指標卻保持不變，“小個子”要爆發(fā)出“大能量”，這意味著發(fā)動機必須更結實。

著陸難，還難在全程只能由探測器自主控制。

火星與地球距離遙遠，信號還沒跑到地球，探測器已經“收工”了。對于身在遙遠異鄉(xiāng)的天問一號來說，所有動作觸發(fā)條件的測量、判斷以及執(zhí)行，均是自主測量、自主判斷、自主控制。在著陸巡視器降落過程中，雷達等探測設備會像眼睛一樣盯著火星地面，測量它距離地面高度等參數，這些參數進入制導、導航與控制系統(tǒng)，由這個睿智的“大腦”計算出對發(fā)動機的推力要求。發(fā)動機會按照預設的時序和實時的指令完成變推力調節(jié)，讓著陸巡視器慢下來，最后以很低的速度穩(wěn)穩(wěn)落在火星表面。

據悉，天問一號著陸巡視器著陸后，祝融號火星車將在七八天后以3個火星日為一個周期，開始它的工作。

祝融號火星車總共搭載了6種有效載荷。

用于火星巡視區(qū)地形地貌探測的導航地形相機，主要用于拍攝火星表面的圖像，規(guī)劃火星車巡視的路徑；次表層探測雷達，用于探測火星巡視區(qū)的土壤結構以及土壤下是否有水或冰的存在；火星表面成分探測儀與多光譜相機，用于探測火星巡視區(qū)表面的元素、礦物和巖石類型。

除此之外，還有兩臺探測環(huán)境的儀器：火星表面磁場探測儀與火星氣象測量儀。有科學家認為，火星沒有全球性的磁場，僅有局部性的磁場?；鹦潜砻娲艌鎏綔y儀可以將巡視區(qū)的磁場一探究竟?；鹦菤庀鬁y量儀主要用于測量巡視區(qū)的風速、風向、氣壓、氣溫等大氣物理特征。

從2016年1月首次火星探測任務立項至今，已經過去了5年。這5年，中國航天事業(yè)大踏步前進。中華民族問天之路或許充滿曲折與艱險，但永遠滿載勇氣與希望。