記者從國(guó)家航天局獲悉，科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)“祝融號(hào)”火星車發(fā)回遙測(cè)信號(hào)確認(rèn)，5月15日，天問(wèn)一號(hào)著陸巡視器成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)著陸火星取得圓滿成功。

凌晨1時(shí)許，天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器在停泊軌道實(shí)施降軌，機(jī)動(dòng)至火星進(jìn)入軌道。4時(shí)許，著陸巡視器與環(huán)繞器分離，歷經(jīng)約3小時(shí)飛行后，進(jìn)入火星大氣，經(jīng)過(guò)約9分鐘的減速、懸停避障和緩沖，成功軟著陸于預(yù)選著陸區(qū)。兩器分離約30分鐘后，環(huán)繞器進(jìn)行升軌，返回停泊軌道，為著陸巡視器提供中繼通信。后續(xù)，“祝融號(hào)”火星車將依次開展對(duì)著陸點(diǎn)全局成像、自檢、駛離著陸平臺(tái)并開展巡視探測(cè)。

我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)于2016年正式批復(fù)立項(xiàng)，計(jì)劃通過(guò)一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視，對(duì)火星進(jìn)行全球性、綜合性的環(huán)繞探測(cè)，在火星表面開展區(qū)域巡視探測(cè)。天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，著陸巡視器包括“祝融號(hào)”火星車及進(jìn)入艙。探測(cè)器自2020年7月23日成功發(fā)射以來(lái)，在地火轉(zhuǎn)移階段完成了1次深空機(jī)動(dòng)和4次中途修正，于2月10日，成功實(shí)施火星捕獲，進(jìn)入大橢圓環(huán)火軌道，成為我國(guó)第一顆人造火星衛(wèi)星。2021年2月24日，天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器成功實(shí)施第三次近火制動(dòng)，進(jìn)入周期2個(gè)火星日的火星停泊軌道后，對(duì)火星開展全球遙感探測(cè)，并對(duì)預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行詳查，探測(cè)分析地形地貌、沙塵天氣等，為著陸火星做準(zhǔn)備。任務(wù)實(shí)施過(guò)程中，中國(guó)國(guó)家航天局與歐空局、阿根廷、法國(guó)、奧地利等國(guó)際航天組織和國(guó)家航天機(jī)構(gòu)開展了有關(guān)項(xiàng)目合作。目前，探測(cè)器已在太空運(yùn)行295天，距離地球約3.2億千米。

天問(wèn)一號(hào) 圖自航天科技五院

火星探測(cè)風(fēng)險(xiǎn)高、難度大，探測(cè)任務(wù)面臨行星際空間環(huán)境、火星稀薄大氣、火面地形地貌等挑戰(zhàn)，同時(shí)受遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)時(shí)延的影響，著陸階段存在環(huán)境不確定、著陸程序復(fù)雜、地面無(wú)法干預(yù)等難點(diǎn)。天問(wèn)一號(hào)任務(wù)突破了第二宇宙速度發(fā)射、行星際飛行及測(cè)控通信、地外行星軟著陸等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次地外行星著陸，是中國(guó)航天事業(yè)發(fā)展中又一具有重大意義的里程碑。

天問(wèn)一號(hào) 圖自航天科技五院

著陸：9分鐘，“瘋狂”剎車

祝融號(hào)著陸器從軌道著陸的過(guò)程（Entry Descent Landing EDL）如圖所示，大概可以分為降軌、分離、減速、懸停、著陸5個(gè)階段。

① 降軌：在下降前5小時(shí)，天問(wèn)一號(hào)建立降軌姿態(tài)，軌道器發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火降低，進(jìn)入近火點(diǎn)50公里的大橢圓軌道。

② 分離：在距離地面100多公里處，實(shí)現(xiàn)軌道器和著陸器分離。不妨把此時(shí)的時(shí)間作為進(jìn)入大氣的起點(diǎn)，自此開啟約9分鐘的著陸。

兩器到達(dá)安全距離后，軌道器立即點(diǎn)火，抬升軌道進(jìn)入中繼軌道（環(huán)繞軌道）。軌道器升軌同時(shí)，也實(shí)時(shí)拍攝監(jiān)測(cè)著陸器的下降過(guò)程。

③減速：兩器分離后，有三個(gè)減速過(guò)程。分別是氣動(dòng)減速、傘降減速、動(dòng)力減速。

一、氣動(dòng)減速，靠大氣摩擦減速。此時(shí)展開配平翼，隨著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(dòng)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(shí)高度約11公里，減速傘使用的是盤-縫-帶設(shè)計(jì)傘。此時(shí)著陸器將先后拋掉防熱大底和背罩輕裝著陸。

三、動(dòng)力減速，在著陸器同背罩分離同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，對(duì)地雷達(dá)隨機(jī)開機(jī)，著陸緩沖機(jī)構(gòu)（四條著陸腿）展開。

④ 懸停：通過(guò)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)推力，使著陸器在高度100米時(shí),速度為0，達(dá)到懸停的目的，著陸器下方的對(duì)地相機(jī)同時(shí)拍攝下方圖像，自主分析并選擇相對(duì)平整適宜著陸的點(diǎn)。著陸器調(diào)整姿態(tài)，前往著陸點(diǎn)，并開始下降。

⑤ 著陸：通過(guò)著陸腿的緩沖機(jī)構(gòu)抵消剩余的動(dòng)能。著陸器緩緩降落在火星表面，此時(shí)垂直速度和水平速度都非常小，通過(guò)著陸腿的緩沖抵消剩余的動(dòng)能，類似與人從高處跳下時(shí)的下蹲。

著陸過(guò)程中遭遇了哪些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)？

天問(wèn)一號(hào)任務(wù)一次性完成“環(huán)繞、著陸、巡視”三大步，著陸是其中最復(fù)雜、最難的部分。

著陸過(guò)程，是著陸巡視器從進(jìn)入火星大氣層到降落到火星表面的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程大約9分鐘。雖然時(shí)間短暫，卻是整個(gè)飛行任務(wù)中的一道頂級(jí)難題。

挑戰(zhàn)1：信號(hào)延時(shí)—超過(guò)10分鐘

軌道器和著陸器的分離決定任務(wù)成敗。

天問(wèn)一號(hào)距離地球非常遙遠(yuǎn)，信號(hào)單程時(shí)延10分鐘以上。地面無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控干預(yù)，探測(cè)器會(huì)自主執(zhí)行預(yù)先注入的指令，并自行判斷指令執(zhí)行的效果。一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，必須在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行自我診斷，排除故障。

挑戰(zhàn)2：剎車難控—?dú)v史成功率50%

人類迄今共實(shí)施47次火星探測(cè)任務(wù)（含2020年7月的3次發(fā)射任務(wù)），成功或部分成功的僅25次，成功率剛過(guò)50%。而對(duì)火星著陸任務(wù)，目前共實(shí)施22次，算上此次，僅成功10次，中國(guó)此次火星探測(cè)任務(wù)在世界航天史上亦是創(chuàng)舉。

挑戰(zhàn)3：險(xiǎn)點(diǎn)難料—智能化要求高

著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(yán)重后果。此外熱防護(hù)、降落傘，減速也是重要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

降落過(guò)程，目前中國(guó)尚未在外太空使用過(guò)降落傘，這是中國(guó)首次以降落傘的方式軟著陸到地外行星。這個(gè)著陸過(guò)程與地球通信的延時(shí)很長(zhǎng)，因此對(duì)自主性、智能性、實(shí)時(shí)性的要求更高。

減速過(guò)程要求非常精確，減速控制如何足以決定任務(wù)的成敗，如果速度沒(méi)降下來(lái)，那著陸器就砸到火星表面，砸了一個(gè)坑不說(shuō)，祝融號(hào)也會(huì)壞掉，前面的努力都會(huì)白費(fèi)。

另外姿態(tài)控制也很重要，如果沒(méi)控制好，著陸時(shí)“四腳朝天”那就麻煩了。

相比地球和月球，在火星表面著陸更加復(fù)雜。火星表面也籠罩著大氣層，但大氣密度僅為地球的0.6%~0.7%。航天器在進(jìn)入火星的過(guò)程中，一方面無(wú)法單純依靠大氣降低到安全速度，同時(shí)又必須考慮空氣摩擦產(chǎn)生的熱量沖擊。

從目前火星地貌影像看，火星地形復(fù)雜程度超過(guò)月球，與地球、月球的地形很不一樣。

開展巡視探測(cè)工作的過(guò)程中，祝融號(hào)也將面臨地形、能源、路況、沙塵、通信等各種挑戰(zhàn)。

著陸點(diǎn)為什么選烏托邦平原？

著陸點(diǎn)選擇需要綜合科學(xué)與工程2方面進(jìn)行考慮，以盡可能的降低工程風(fēng)險(xiǎn)，并提高科學(xué)探測(cè)價(jià)值。

“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)任務(wù)的首選著陸點(diǎn)位于火星烏托邦平原，是火星上最大的平原，其表面下可能有大量的水冰儲(chǔ)備。在科幻系列《星際旅行》中，烏托邦平原就是星際聯(lián)邦的主要造船基地。

如果有一天，太空機(jī)構(gòu)將人類送上火星，水將是一種至關(guān)重要的資源，因?yàn)樗瓤梢跃S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(gè)旅程。

火星車上搭載了6種科學(xué)設(shè)備，包括可用來(lái)拍照導(dǎo)航的地形相機(jī)及雷達(dá)、測(cè)量火星氣象的氣象儀、火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀、火星表面成分探測(cè)儀等，為完成火星表面巡視探測(cè)和科學(xué)研究保駕護(hù)航。祝融號(hào)預(yù)計(jì)在火星表面工作90多天。

那么，著陸器著陸后，軌道器干啥去了？

軌道器降軌，變身“火星遙感衛(wèi)星”。火星表面巡視探測(cè)任務(wù)結(jié)束后，軌道器將降軌到橢圓形的遙感任務(wù)軌道，又變身為“遙感衛(wèi)星”。

它將繞火星飛行約1個(gè)火星年（約2個(gè)地球年），完成火星全球遙感探測(cè)任務(wù)，同時(shí)兼顧祝融號(hào)火星車的中繼通信。

預(yù)計(jì)著陸后的第8個(gè)火星日，中國(guó)首輛火星車將緩緩駛下著陸平臺(tái)，在烏托邦平原上軋下第一道印記。

（人民民日?qǐng)?bào)客戶端、科普中國(guó)等）