剛剛！中國“天問一號”探測器成功著陸火星！“祝融號”火星車將開啟新征程

北京時間 5 月 15 日，在經(jīng)歷 “黑色九分鐘” 后，中國首輛火星車 “祝融” 號與著陸器成功登陸火星，著陸地點(diǎn)位于火星的烏托邦平原南部預(yù)選區(qū)域。
此次成功著陸標(biāo)志著中國成為了繼前蘇聯(lián)和美國后，第三個成功登陸火星的國家。與此同時，這也意味著 “天問一號” 火星探測器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 “繞” 和 “落” 兩項(xiàng)目標(biāo)，中國也因此成為世界上首次探索火星即完成軟著陸的國家，而最后的目標(biāo) “巡” 將在 “祝融” 號經(jīng)過短暫調(diào)試和休整后開展。
下一步，如果 “祝融” 號能夠成功完成自檢并駛離著陸平臺，再通過火星上空的軌道器（環(huán)繞器）與地球上的控制團(tuán)隊(duì)建立連接，就能開始在受控情況下巡視火星地表和執(zhí)行科學(xué)任務(wù)。
一旦成功，這將成為人類火星探測史上的里程碑事件 —— 在一項(xiàng)火星探測任務(wù)中，首次同時完成環(huán)繞，著陸和巡視三項(xiàng)探測目標(biāo)。
據(jù)官方報道，15 日凌晨 1 時許，“天問一號”探測器在停泊軌道實(shí)施降軌，機(jī)動至火星進(jìn)入軌道。4 時許，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” 和它的火星之旅
“天問一號” 和它的火星之旅，要從幾個月前說起。
2020 年 7 月 23 日中午 12 時 40 分，長征五號遙四運(yùn)載火箭搭載著中國首個火星探測器 “天問一號” 從海南文昌航天****場升空。經(jīng)過半個多小時飛行，探測器成功與火箭分離，并進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道，開啟了奔向火星的旅程。

要去到遙遠(yuǎn)的火星，實(shí)現(xiàn)變軌、制動以及長期的探測任務(wù)，整個 “天問一號” 探測器的質(zhì)量超過了 5 噸，其中主要包括環(huán)繞器，著陸巡視器和推進(jìn)劑燃料。
相比之下，阿聯(lián)酋去年****的 “希望” 號探測器質(zhì)量不到 2 噸，只具備在火星軌道上環(huán)繞探測的能力，而美國已經(jīng)成功登陸的 “毅力” 號因?yàn)闆]有配備環(huán)繞器且使用的是核電池和空中吊車技術(shù)，其重量僅有 1 噸多一點(diǎn)。
在 200 多天的漫漫旅程中，“天問一號” 飛行了 4.75 億公里，經(jīng)歷了四次中途修正和一次深空機(jī)動修正來調(diào)整飛行路徑。最終在 2021 年 2 月 10 日，它成功實(shí)現(xiàn)了近火制動，進(jìn)入了火星引力范圍并被捕獲，開始環(huán)繞火星。
據(jù)專家介紹，被火星捕獲算得上是火星探測任務(wù)中第一個技術(shù)難關(guān)。當(dāng)探測器進(jìn)入捕獲階段時，其被捕獲的機(jī)會只有一次，而且時間僅有 30 分鐘左右。
捕獲時，“天問一號” 距離地球約 1.92 億千米，因此控制團(tuán)隊(duì)無法實(shí)時操控，只能依靠其自主執(zhí)行命令。與此同時，它距離火星只有 400 千米，相對速度高達(dá) 4-5 千米每秒，因此它制動點(diǎn)火的時機(jī)非常關(guān)鍵：如果制動時間過長，速度就會過慢，導(dǎo)致探測器與火星相撞；如果制動時間過短，速度就會過快，導(dǎo)致探測器飛掠火星。
時至今日，“天問一號” 已經(jīng)在火星停泊軌道上運(yùn)行了 3 個月左右。在這段時間里，環(huán)繞器上的七臺載荷全部都在工作，對火星進(jìn)行了一系列科學(xué)探測，包括火星大氣電離層分析及行星際環(huán)境探測，火星表面和地下水冰的探測，火星土壤類型分布和結(jié)構(gòu)探測，火星地形地貌特征及其變化探測，以及火星表面物質(zhì)成分的調(diào)查和分析。
與此同時，探測器的相機(jī)拍攝了大量火星照片，可供科學(xué)家分析和考察火星地形，最終為 “祝融” 號選出合適的著陸區(qū)域。
事實(shí)上，“天問一號” 選擇先環(huán)繞火星三個月，一個很重要的原因就是為了給著陸做足準(zhǔn)備，在沒有地形地貌數(shù)據(jù)的情況下貿(mào)然著陸，就好比去完全陌生的深山野林探險而不帶地圖，風(fēng)險實(shí)在太大。
相比之下，美國 “毅力” 號能夠做到晚出發(fā)、先著陸，也是因?yàn)?NASA 早在 2006 年就****了火星勘測軌道飛行器（MRO），用于偵察火星并拍照，還能作為與地球溝通的通訊中繼器。
算下來，MRO 已經(jīng)拍了 15 年的照片，因此 NASA 可以通過已有的高分辨率影像數(shù)據(jù)提前選好著陸區(qū)域，直接讓 “毅力” 號拿著高清地圖上路。
“黑色九分鐘” 與 “祝融” 號
此次登陸火星的是 “天問一號” 的著陸巡視器部分，由進(jìn)入艙和 “祝融” 號火星車組成，前者負(fù)責(zé)完成火星進(jìn)入、下降、著陸任務(wù)（EDL 過程），后者主要負(fù)責(zé)在火星上巡視和探測。
整個 EDL 過程又被稱為 “恐怖七分鐘” 或者 “黑色九分鐘”，前者是美國 NASA 的說法，后者則是中國科學(xué)家的描述。
在遠(yuǎn)離地球的情況下，探測器和地球的完成最簡單信息傳輸?shù)臅r間都需要 20 分鐘左右。而整個減速、著陸過程僅為 7-9 分鐘。
與此同時，我們對火星的大氣環(huán)境知之甚少，無法準(zhǔn)確掌握著陸時的天氣狀況，比如是否有沙塵暴，更別提獲取氣壓、風(fēng)速等關(guān)鍵參數(shù)了。
這意味著，探測器需要完全依靠自己的能力，在大氣環(huán)境未知的情況下，完成著陸的全過程。地球上的人則只能等待成功與否的消息。
算上 “天問一號”，在人類歷史上已進(jìn)行的 22 次火星著陸任務(wù)中，只有 10 次成功并順利開展探測工作。
據(jù) “天問一號” 探測任務(wù)總設(shè)計(jì)師張榮橋介紹，在這 “黑色九分鐘” 里，裝著火星車的著陸器在進(jìn)入火星大氣層，同時進(jìn)行氣動減速，將速度從 2 萬多公里 / 小時下降至每秒數(shù)百米；著陸器打開降落傘，通過降落傘的拉力在約 90 秒鐘的時間里將速度進(jìn)一步將到 95 米 / 秒；反推發(fā)動機(jī)開啟，在 約 80 秒內(nèi)將速度降至 3.6 米 / 秒，最后在離火星表面最后 100 米處懸停，火星車離開承載平臺，完成著陸目標(biāo)，在火星表面開展巡視科學(xué)探測。
搭載了 “祝融” 號的著陸平臺組合體與環(huán)繞器分離后，將要自主完成減速和降落的全過程，因此著陸巡視器配備了降落傘和反推發(fā)動機(jī)，選擇安全地點(diǎn)降落則需要平臺上的控制系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)共同配合完成
為了完成巡視探測科學(xué)任務(wù)，“祝融” 號上配有火星表面成分探測儀、多光譜相機(jī)、地形相機(jī)、火星車次表層探測雷達(dá)、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀共 6 種有效載荷，對火星進(jìn)行遙感探測和區(qū)域精細(xì)探測。通過集成一體化設(shè)計(jì)的載荷控制器對載荷進(jìn)行控制和管理。
“祝融” 號火星車最引人矚目的就是豎立在前端的桅桿，頂端的方形設(shè)備就像機(jī)器人的腦袋。
桅桿足有 60 多公分， 這個桅桿就是踏上火星之后，需要率先展開的部件。頂端的方盒子上還有火星車的眼睛 —— 全景相機(jī)和多光譜相機(jī)，能看前面的地形地貌，也能幫助它避開障礙，還能對前方的礦物質(zhì)成分進(jìn)行識別。

在 “祝融” 號上，還裝有 4 個 “大翅膀”，這正是太陽能電池板。除此之外，它還配有探測雷達(dá)、磁場探測儀和氣象測量儀，可以對火星進(jìn)行全方位的探測。
此外，因?yàn)榛鹦巧辖邮仗柕墓庹找鹊厍蚝驮虑蛞〉亩?，翅膀則可以根據(jù)太陽光的方向來調(diào)整太陽帆板的角度。
“祝融” 號的行進(jìn)速度為 200 米 / 小時，而車輪每轉(zhuǎn)動一圈，對中國火星探測來說就是積累到了全新的數(shù)據(jù)。它會對火星進(jìn)行遙感探測和區(qū)域精細(xì)探測，將主要完成以下 4 項(xiàng)科學(xué)任務(wù)：
1、火星巡視區(qū)形貌和地質(zhì)構(gòu)造探測。2、火星巡視區(qū)土壤結(jié)構(gòu)（剖面）探測和水冰探查。3、火星巡視區(qū)表面元素、礦物和巖石類型探。4、火星巡視區(qū)大氣物理特征與表面環(huán)境探測。
除此之外，“天問一號” 和 “祝融” 號還將肩負(fù)著為火星采樣返回計(jì)劃鋪路的使命，該任務(wù)預(yù)計(jì)執(zhí)行時間為 2030 年左右。
如果一切順利，我們或?qū)⒃趲滋靸?nèi)收到 “祝融” 號的另一個喜訊，那就是成功駛離著陸平臺，在火星表面留下中國首個火星車的足跡。它計(jì)劃在火星上運(yùn)行 3 個火星月，約合 92 個地球日。在這段時間里，環(huán)繞器將負(fù)責(zé)在火星車和地球之間架起通信橋梁，傳遞數(shù)據(jù)。在這之后，環(huán)繞器還將進(jìn)一步接近火星，在科學(xué)探測軌道上運(yùn)行，方便對火星展開進(jìn)一步探測。
 中國火星探索時間軸
中國火星探索時間軸自 2011 年 11月開始，具體如下。
2011 年 11 月：中國開發(fā)的火星探測器 “螢火一號” 搭載在俄羅斯的福布斯 - 土壤探測器當(dāng)中，計(jì)劃借助俄方火箭一同前往火星，進(jìn)行環(huán)繞探測任務(wù)。但由于俄方探測器在與火箭分離后未能成功變軌，“螢火一號” 和福布斯 - 土壤探測器最終在太平洋墜毀。
2016 年 1 月：中國正式啟動自主火星探測計(jì)劃，并于同年 4 月宣布將 2020 年定為火星探測衛(wèi)星的預(yù)計(jì)****窗口，一次性實(shí)現(xiàn) “繞、落、巡” 三個目標(biāo)。
2016 年 8 月：中國正式啟動火星探測工程征名和圖形標(biāo)識全球征集活動。
2019 年 11 月：中國國家航天局完成火星探測任務(wù)著陸器懸停避障試驗(yàn)。
2020 年 3 月：北京航天飛行控制中心火星任務(wù)團(tuán)隊(duì)完成中國首次火星探測任務(wù)無線聯(lián)試，驗(yàn)證了探測器與地面系統(tǒng)的接口匹配性和一致性，對各類方案、技術(shù)狀態(tài)、軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行了全面測試。
2020 年 4 月：中國國家航天局將中國行星探測任務(wù)命名為 “天問”，將首次火星探測任務(wù)命名為 “天問一號”，同時公布了首次火星探測標(biāo)識 “攬星九天”。
2020 年 7 月：長征 5 號運(yùn)載火箭搭載 “天問一號” 探測器從海南文昌衛(wèi)星****中心****升空，**** 37 分鐘后，“天問一號” 探測器成功進(jìn)入預(yù)定軌道并與火箭分離，獨(dú)自沿拋物線軌道飛往火星。
2021 年 2 月：經(jīng)過 6 個多月的飛行，“天問一號” 完成首次近火制動，成功被火星捕獲并進(jìn)入環(huán)火星軌道，隨后又多次調(diào)整軌道，以觀察火星地形并拍攝照片，為降落火星做準(zhǔn)備。
2021 年 4 月：中國國家航天局宣布，中國首輛火星車命名為 “祝融” 號，寓意點(diǎn)燃中國星際探測的火種，指引人類對浩瀚星空、宇宙未知的接續(xù)探索和自我超越。
2021 年 5 月：著陸器與 “祝融” 號成功著陸，未來將探索火星的地貌、地質(zhì)、土壤、大氣、磁場等特征。
今早的落地，意味著中國實(shí)現(xiàn)了向著火星出發(fā)！
 -End-責(zé)編：多加