科学大爆炸 火星，中国使者来了

天问一号着陆巡视器着陆火星乌托邦平原效果图。中国航天科技集团供图

天问一号成功落火！重温中国首次火星之旅超燃瞬间 邱晨辉/整理 李晗/制图

　　火星，地球隔壁的行星。千百年来，人类一直对这位“近在眼前”的红脸蛋邻居充满好奇。这一次，中国使者登门拜访。

　　2021年5月15日，仿若一个孤身探险的侠客，来自中国的天问一号火星探测器，在单枪匹马跋涉295天、穿越漫漫星河之后，终于在火星成功着陆。

　　从地球到火星，9个多月，4亿多公里，旅途之漫长，堪称我国第一次真正意义上的深空之旅。地球与火星的距离即便最近时也有5000多万公里，是地球和月球之间平均距离的140多倍，有航天专家以“跨越太平洋的高尔夫”来形容这次任务，难度之大可见一斑。

　　2021年2月，天问一号探测器抵达火星轨道，成为我国第一颗人造火星卫星。如今，又经过3个月的养精蓄锐，天问一号完成着陆巡视器与环绕器分离，成功“亲吻”火星表面。

　　着陆地点是火星乌托邦平原。这是火星上最大的平原，也是一个颇具浪漫色彩和想象空间的地点。科幻小说《星际旅行》就将此处设定为星际联邦的主要造船基地。现在，这里第一次留下来自中国的印迹。

　　最惊心动魄的9分钟

　　火星的北半球多平原，南半球多山地，此次火星软着陆的地点就选择在火星北半球乌托邦平原的南部。虽然是“平原”，但这并不意味在此处着陆就可以高枕无忧。

　　中国航天科技集团五院总体设计部火星探测器总体主任设计师王闯告诉中青报·中青网记者，天问一号整个降落过程大致分为“进入-减速-软着陆”三步，天问一号需要在9分钟内，将每小时约两万千米的速度降到零。

　　“这是最为惊心动魄的9分钟！整个着陆过程步步惊心，技术十分复杂。”王闯说，截至目前，人类火星探测任务成功率仅有五成左右，大部分失败都是折戟在这一阶段。

　　中国航天科技集团五院天问一号探测器总设计师孙泽洲说，火星探测最大的难点就是着陆，这个过程需要融合气动外形、降落伞、发动机、多级减速和着陆反冲等多项技术才能实施软着陆。每个环节都必须确保精准无误，差一秒都可能造成整个任务的失败。

　　具体来看，天问一号首先瞄准进入火星大气层的一个狭窄的进入走廊，借助火星大气进行气动减速，这个过程要克服高温和姿态偏差；气动减速完成后，天问一号的下降速度也减掉了90%左右。

　　紧接着，天问一号打开火星专用降落伞，进行伞系减速。待降落伞完成使命后，天问一号探测器抛掉大底和背罩，露出着陆平台和火星车，当速度降至每秒100米时，再通过反推发动机进行减速，由大气减速阶段进入动力减速阶段。

　　在距离火星地表100米时，天问一号进入悬停阶段，完成精准避障和缓速下降后，着陆巡视器在缓冲机构的保护下，抵达位于火星东经109.9？北纬25.1？的着陆点。

　　这么看来，要想平安稳定地降落到火星表面，首当其冲的问题就是让高速奔驰的天问一号减速。

　　“超音速降落伞是减速技术中难度最大的一个环节，天问一号在使用降落伞时要保证在超音速、低密度、低动压下打开，而这个过程存在开伞困难、开伞不稳定等问题。”王闯说。

　　他解释道，由于火星大气非常稀薄，进入火星时要求探测器的气动外形具备高效的减速性能，同时需要更轻量化的防热材料。

　　“虽然此前我国已有月表着陆经验，但是此次天问一号火星软着陆任务更加艰难。”王闯说。一方面火星表面存在大气，因此火星比月球表面有更复杂的环境；另一方面火星离地球距离更加遥远，通信时延达到20分钟左右，因此整个着陆过程相距遥远的地表来不及做任何处置，只能靠天问一号自主完成，经历“生死9分钟”。

　　孙泽洲表示，为此，早在着陆前，天问一号在火星停泊轨道上就对着陆区进行了详查预探测，获取了大量的着陆区地形地貌的数据，并对火星尘暴发生的概率进行了评估。

　　值得一提的是，天问一号探测器继承了嫦娥三号、四号、五号成熟的悬停、避障技术，以确保安全着陆。孙泽洲说，“在这些措施的基础上，我们还在国际上首次采用了基于配平翼的弹道升力式进入方案，以降低火星大气参数不确定性带来的风险。”

文章来源：《科学与社会》 网址: http://www.kxysh.cn/zonghexinwen/2021/0518/646.html