天問一號成功著陸火星！

本文作者：代潤澤

2021-05-15 14:50

導(dǎo)語：著陸過程步步驚心”，全程靠自主。

振奮人心！5月15日，我國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)著陸。

這意味著我國首次火星探測任務(wù)著陸火星取得圓滿成功，邁出了我國星際探測征程的重要一步，是中國航天事業(yè)發(fā)展中又一具有重大意義的里程碑，后續(xù)，祝融號火星車將依次開展對著陸點全局成像、自檢駛離著陸平臺并開展巡視探測。

天問一號成功著陸火星！

據(jù)航天科技集團(tuán)五院“天問一號”探測器產(chǎn)品保證經(jīng)理饒煒介紹，“天問一號”探測器自2020年7月23日成功發(fā)射，精確入軌后，已經(jīng)按預(yù)定飛行程序在軌飛行了大約295天。

自2021年2月10日成功環(huán)繞火星后，“天問一號”探測器相繼完成了著陸區(qū)預(yù)探測、軌道維持、自檢等關(guān)鍵飛行控制任務(wù)，期間，能源平衡，狀態(tài)穩(wěn)定，各分系統(tǒng)工作正常。

5月15日凌晨1點，天問一號探測器在停泊軌道實施降軌，機(jī)動至火星進(jìn)入軌道。

凌晨4點，著陸巡視器與環(huán)繞器分離；

歷經(jīng)約3小時飛行后，進(jìn)入火星大氣；

經(jīng)過約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。

“天問一號”如何度過“黑色九分鐘”？

“天問一號”火星探測器從火星大氣層外緣通過軟著陸的方式降落到火星表面，整個著陸過程步步驚心，下降速度有過快？9分鐘內(nèi)速度從2萬千米每小時降為0！那么速度是如何降下來的呢？

整個降落過程大致分為進(jìn)入—減速—軟著陸三步，簡稱為EDL（Entry，Descent，Landing）。

據(jù)航天五院總體設(shè)計部火星探測器總體主任設(shè)計師王闖介紹，“天問一號”在進(jìn)入火星大氣層后首先借助火星大氣進(jìn)行氣動減速，在這個過程中需要克服高溫和姿態(tài)偏差。當(dāng)氣動減速完成后，“天問一號”的下降速度降低了大約90%。

隨即“天問一號”打開降落傘進(jìn)行傘系減速，當(dāng)速度降至100m/s的時候，“天問一號”通過反推發(fā)動機(jī)進(jìn)行減速，由大氣減速階段進(jìn)入動力減速階段。

在距離火星表面100米時，“天問一號”進(jìn)入懸停階段，完成精避障和緩速下降后，著陸巡視器在緩沖機(jī)構(gòu)的保護(hù)下，抵達(dá)火星表面。

天問一號成功著陸火星！

“天問一號”火星軟著陸任務(wù)非常艱難

盡管我國已有月表著陸經(jīng)驗，但是此次“天問一號”火星軟著陸任務(wù)更加艱難。

目前，人類火星探測任務(wù)成功率僅有50%左右，而成功登陸火星表面并順利開展工作的探測任務(wù)成功率只有大約只有20%。

并且，火星探測器進(jìn)入火星大氣的時速約為21000千米，但要在7-9分鐘內(nèi)，讓速度在受控狀態(tài)下降為0實現(xiàn)安全著陸，這是火星探測任務(wù)中技術(shù)難度最大、失敗率最高的地方，大部分都在這一階段失敗。

火星表面存在大氣，火星表面大氣的密度是地球表面大氣密度的1%左右，也就是說火星比月球的環(huán)境更復(fù)雜。而火星表面地形復(fù)雜，遍布巖石、斜坡、溝壑等障礙物，火星塵暴比地球嚴(yán)重很多。

天問一號成功著陸火星！

而火星離地球距離更加遙遠(yuǎn)，通信時延單程達(dá)到20分鐘左右，這就意味著整個著陸過程在地球來不及做任何處理，只能靠“天問一號”自主完成。

航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計部火星巡視器總體主任設(shè)計師陳百超表示：“我國是首次實施火星探測任務(wù)，對火星的環(huán)境，尤其是大氣等參數(shù)沒有一手?jǐn)?shù)據(jù)，這相當(dāng)于我們來到了一個完全未知的環(huán)境里?！?/p>

“降落傘”如何護(hù)天問一號？

“天問一號”在降落過程中，中國全新研制的“天問一號”傘系減速分系統(tǒng)為“天問一號”成功著陸發(fā)揮關(guān)鍵減速作用。

“天問一號”火星探測器采用目前國際普遍使用的傘降減速方式，但在火星降落傘系統(tǒng)的設(shè)計、校核、仿真分析和試驗驗證方面，我們和其他國家有許多不同的地方。

“天問一號”這套傘系減速分系統(tǒng)由中國航天科技集團(tuán)五院508所研制，經(jīng)過6年的研制和試驗，508所科研人員克服了開傘條件難以實現(xiàn)、降落傘開傘異常等困難。

“天問一號采用一頂主降落傘、一次性充氣展開減速的方案。降落傘是鋸齒形盤縫帶傘，傘的頂部是盤，接著有一圈縫，下面是帶，帶的尾部做成了鋸齒形，有利于承力和確保穩(wěn)定性?！?08所專家表示。

火星降落傘的開傘條件比較特殊，主要體現(xiàn)在超聲速、低密度、低動壓開傘。針對火星降落傘的特殊開傘條件，在傘的設(shè)計研制中，508所首次使用了一些新研的特紡材料，在傘繩連接等環(huán)節(jié)首次使用了插接工藝，相比縫紉工藝連接強(qiáng)度顯著改善。

著陸區(qū)為什么選擇烏托邦平原？

烏托邦平原（Utopia Planitia）位于火星北半球，是火星面積最大的平原。直徑3200公里，中央為49.7°N 118°E，位于阿爾及爾平原的對跖點上。

火星的南、北半球的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、表面及次表面巖石礦物等差異巨大。火星南部為高地，60%的面積遍布著隕石坑?；鹦堑谋辈渴潜换鹕饺蹘r填平的低矮平原，地形平緩，隕石坑較少且地質(zhì)年齡較輕，地殼較薄。因為地勢低，則氣壓比較高，火星車著陸時受到大氣的阻力比較大，有利于軟著陸，在烏托邦平原的中心區(qū)域，比火星基準(zhǔn)高度低7千米，因此烏托邦平原是更理想的降落地。

相關(guān)資料顯示，烏托邦平原擁有一定儲量的地下冰層，平原上有間隙冰等地下物質(zhì)活動的痕跡，形成了多邊形地貌，具有較高的探索價值。據(jù)稱，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(dāng)于地球面積最大的淡水湖——蘇必利爾湖。

祝融號要邁過哪些難關(guān)？

“天問一號”探測器要一次性完成“繞、落、巡”，目前已經(jīng)完成了“繞”和“落”的過程。接下來，著陸器和巡視器的組合體將釋放“祝融”號火星車，開始“巡”這個階段的工作。

祝融號是我國首輛火星車，高度1米85、重約240公斤，有四片太陽能板，六個車輪，兩個高聳的天線，六個車輪都能提供動力，可以像螃蟹那樣橫著走，這樣會更加靈活機(jī)動。

天問一號成功著陸火星！