拥抱火星使命必达 天问一号开启新征程

“天问一号”于2020年7月23日发射，在今年2月到达火星，成功被火星捕获，经过3个月的养精蓄锐，“天问一号”已在近日实施降轨，完成着陆巡视器与环绕器分离，软着陆火星表面，成功拥抱火星。不久它装载的火星车也将会驶离着陆平台，开展巡视探测等工作。这只由航天科技集团五院抓总研制的“火星蝴蝶”——中国首辆火星车“祝融号”，会以什么方式登陆火星、会如何探索火星？此次登陆火星有什么难点，它的背后又有什么故事呢？

火星，我们来了

被火星成功捕获以后，“天问一号”经过几个月的充分准备终于开启了第二阶段任务——“着陆”。火星的北半球多平原，南半球多山地，因此此次火星软着陆的地点就选择在火星北半球的乌托邦平原的南部。

整个降落过程大致分为进入——减速——软着陆三步，简称为EDL(Entry,Descent,Landing)。据航天五院总体设计部火星探测器总体主任设计师王闯介绍，“天问一号”在进入火星大气层以后首先借助火星大气，进行气动减速，这个过程它克服了高温和姿态偏差。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”打开降落伞进行伞系减速，当速度降至100m/s时，“天问一号”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。在距离火星表面100米时,“天问一号”进入悬停阶段，完成精避障和缓速下降后，着陆巡视器在缓冲机构的保护下，抵达火星表面。

总的来说，整个过程“天问一号”在9分钟内将约2万千米/小时的速度降至到0米/时。值得一提的是，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。一方面火星表面存在大气(火星表面大气的密度是地球表面大气密度的1%左右)，因此火星比月球的环境更复杂；另一方面火星离地球距离更加遥远，通信时延单程达到20分钟左右，因此整个着陆过程相距遥远的地球来不及做任何处置，只能靠“天问一号”自主完成，经历“未知九分钟”。航天科技集团五院总体设计部火星巡视器总体主任设计师陈百超表示：“我国是首次实施火星探测任务，对火星的环境，特别是大气，类似这些参数，我们没有一手数据。所以相当于我们到了一个完全未知的一个环境，这种难度可想而知。”

“天问一号”的五大使命

成功着陆后，“绕”“着”“巡”的串联任务终于进行到最后一步。着陆后，进入舱将着陆信息通过环绕器转发地面。进入舱和火星车先后完成坡道及太阳翼天线展开，火星车将在第一时间将成功展开的消息传回地面。一切准备就绪后，火星车将自主的驶离进入舱，抵达火面，开始新的征程！

探测火星不仅是工程任务的突破，更是行星科学领域的突破。除了常规的通信、能源(太阳能帆板)、支撑结构、动力系统等部分外，“天问一号"整体上携带了13种科学载荷，其中7个在火星上空的环绕器上，分别是中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、火星矿物光谱探测仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪。6台分布在火星车上，分别是多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪、地形相机。它们共有五大使命，主要涉及火星空间环境、地表形貌特征、土壤表层结构等研究，将给中国带来火星的第一手资料。其中，与气象有关的研究项目将收集有关温度、气压、风速和风向的大气数据，并研究火星的磁场和重力场，这些也将解答大众的好奇——火星究竟是什么样的气候。

在“红色星球”上的荒野求生

火星的环境是出了名的恶劣，要想完成使命，火星车首先得活下来。这就需“祝融号”足够强大。

中国曾数次造访月球，积累了宝贵的经验。但月球与火星最大的不同，便在于月表近乎真空，而火星有大气层。这则会大大增加探索火星的难度。

如果只是看图片，火星的地貌似乎与地球上的沙漠戈壁无异。事实上，火星上的风速可达每秒180米，这几乎是地球上特大台风风速的三倍还多。这如野兽般凶暴的烈风会掀起大量的沙尘，石块，形成特大沙暴。让“蝴蝶”的眼睛蒙尘，翅膀不再灵活。面对这样的情况，设计师使用了一种新型材料，这种材料不易沾上灰尘，即使沾上，也可以通过振动将其抖落。火星表面还密布着石块等障碍物，这就使得火星车的行驶需要更加地“小心翼翼”。以免被障碍物卡住造成操作的迟滞，那如何让火星车的每一步都走得更加稳妥呢？在航天五院的实验室中，有一台一模一样的火星车。当在火星上遇到复杂的路况时，地球上的火星车将对火星路况进行模拟行驶，确认无误后才会发出指令。

按照计划，90个火星日后，火星车将结束巡视探测工作，环绕器也将进行轨道调整，从而开展环绕科学探测。

蝴蝶起舞

航天五院总体设计部“天问一号”火星探测器副总设计师贾阳的案头，摆放着一枚精美无比的蓝色蝴蝶标本。而火星车的设计灵感，便正是来自这枚蝴蝶：无线电成了蝴蝶的复眼，天线成了蝴蝶的触须。而火星车的车标，也是来自于800年前的大金国印章。科学家一旦浪漫起来，便会进入到我们无法想象的诗意中。“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。”全球瞩目的“祝融号”这只“火星蝴蝶”，后续又会给我们有什么意想不到的发现和惊喜呢，让我们一起拭目以待吧。（总体设计部郭睿）