剛剛！中國(guó)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器成功著陸火星！“祝融號(hào)”火星車(chē)將開(kāi)啟新征程

北京時(shí)間 5 月 15 日，在經(jīng)歷 “黑色九分鐘” 后，中國(guó)首輛火星車(chē) “祝融” 號(hào)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(guó)成為了繼前蘇聯(lián)和美國(guó)后，第三個(gè)成功登陸火星的國(guó)家。與此同時(shí)，這也意味著 “天問(wèn)一號(hào)” 火星探測(cè)器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 “繞” 和 “落” 兩項(xiàng)目標(biāo)，中國(guó)也因此成為世界上首次探索火星即完成軟著陸的國(guó)家，而最后的目標(biāo) “巡” 將在 “祝融” 號(hào)經(jīng)過(guò)短暫調(diào)試和休整后開(kāi)展。
下一步，如果 “祝融” 號(hào)能夠成功完成自檢并駛離著陸平臺(tái)，再通過(guò)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(kāi)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(lèi)火星探測(cè)史上的里程碑事件 —— 在一項(xiàng)火星探測(cè)任務(wù)中，首次同時(shí)完成環(huán)繞，著陸和巡視三項(xiàng)探測(cè)目標(biāo)。
據(jù)官方報(bào)道，15 日凌晨 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。 “天問(wèn)一號(hào)” 和它的火星之旅
“天問(wèn)一號(hào)” 和它的火星之旅，要從幾個(gè)月前說(shuō)起。
2020 年 7 月 23 日中午 12 時(shí) 40 分，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭搭載著中國(guó)首個(gè)火星探測(cè)器 “天問(wèn)一號(hào)” 從海南文昌航天****場(chǎng)升空。經(jīng)過(guò)半個(gè)多小時(shí)飛行，探測(cè)器成功與火箭分離，并進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道，開(kāi)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(dòng)以及長(zhǎng)期的探測(cè)任務(wù)，整個(gè) “天問(wèn)一號(hào)” 探測(cè)器的質(zhì)量超過(guò)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(hào)探測(cè)器質(zhì)量不到 2 噸，只具備在火星軌道上環(huán)繞探測(cè)的能力，而美國(guó)已經(jīng)成功登陸的 “毅力” 號(hào)因?yàn)闆](méi)有配備環(huán)繞器且使用的是核電池和空中吊車(chē)技術(shù)，其重量?jī)H有 1 噸多一點(diǎn)。
在 200 多天的漫漫旅程中，“天問(wèn)一號(hào)” 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(dòng)修正來(lái)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(dòng)，進(jìn)入了火星引力范圍并被捕獲，開(kāi)始環(huán)繞火星。
據(jù)專(zhuān)家介紹，被火星捕獲算得上是火星探測(cè)任務(wù)中第一個(gè)技術(shù)難關(guān)。當(dāng)探測(cè)器進(jìn)入捕獲階段時(shí)，其被捕獲的機(jī)會(huì)只有一次，而且時(shí)間僅有 30 分鐘左右。
捕獲時(shí)，“天問(wèn)一號(hào)” 距離地球約 1.92 億千米，因此控制團(tuán)隊(duì)無(wú)法實(shí)時(shí)操控，只能依靠其自主執(zhí)行命令。與此同時(shí)，它距離火星只有 400 千米，相對(duì)速度高達(dá) 4-5 千米每秒，因此它制動(dòng)點(diǎn)火的時(shí)機(jī)非常關(guān)鍵：如果制動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，速度就會(huì)過(guò)慢，導(dǎo)致探測(cè)器與火星相撞；如果制動(dòng)時(shí)間過(guò)短，速度就會(huì)過(guò)快，導(dǎo)致探測(cè)器飛掠火星。
時(shí)至今日，“天問(wèn)一號(hào)” 已經(jīng)在火星停泊軌道上運(yùn)行了 3 個(gè)月左右。在這段時(shí)間里，環(huán)繞器上的七臺(tái)載荷全部都在工作，對(duì)火星進(jìn)行了一系列科學(xué)探測(cè)，包括火星大氣電離層分析及行星際環(huán)境探測(cè)，火星表面和地下水冰的探測(cè)，火星土壤類(lèi)型分布和結(jié)構(gòu)探測(cè)，火星地形地貌特征及其變化探測(cè)，以及火星表面物質(zhì)成分的調(diào)查和分析。
與此同時(shí)，探測(cè)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(hào)選出合適的著陸區(qū)域。
事實(shí)上，“天問(wèn)一號(hào)” 選擇先環(huán)繞火星三個(gè)月，一個(gè)很重要的原因就是為了給著陸做足準(zhǔn)備，在沒(méi)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(xiǎn)而不帶地圖，風(fēng)險(xiǎn)實(shí)在太大。
相比之下，美國(guó) “毅力” 號(hào)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(cè)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(lái)，MRO 已經(jīng)拍了 15 年的照片，因此 NASA 可以通過(guò)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(hào)拿著高清地圖上路。
“黑色九分鐘” 與 “祝融” 號(hào)
此次登陸火星的是 “天問(wèn)一號(hào)” 的著陸巡視器部分，由進(jìn)入艙和 “祝融” 號(hào)火星車(chē)組成，前者負(fù)責(zé)完成火星進(jìn)入、下降、著陸任務(wù)（EDL 過(guò)程），后者主要負(fù)責(zé)在火星上巡視和探測(cè)。
整個(gè) EDL 過(guò)程又被稱(chēng)為 “恐怖七分鐘” 或者 “黑色九分鐘”，前者是美國(guó) NASA 的說(shuō)法，后者則是中國(guó)科學(xué)家的描述。
在遠(yuǎn)離地球的情況下，探測(cè)器和地球的完成最簡(jiǎn)單信息傳輸?shù)臅r(shí)間都需要 20 分鐘左右。而整個(gè)減速、著陸過(guò)程僅為 7-9 分鐘。
與此同時(shí)，我們對(duì)火星的大氣環(huán)境知之甚少，無(wú)法準(zhǔn)確掌握著陸時(shí)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(cè)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(guò)程。地球上的人則只能等待成功與否的消息。
算上 “天問(wèn)一號(hào)”，在人類(lèi)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(kāi)展探測(cè)工作。
據(jù) “天問(wèn)一號(hào)” 探測(cè)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(chē)的著陸器在進(jìn)入火星大氣層，同時(shí)進(jìn)行氣動(dòng)減速，將速度從 2 萬(wàn)多公里 / 小時(shí)下降至每秒數(shù)百米；著陸器打開(kāi)降落傘，通過(guò)降落傘的拉力在約 90 秒鐘的時(shí)間里將速度進(jìn)一步將到 95 米 / 秒；反推發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)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(chē)離開(kāi)承載平臺(tái)，完成著陸目標(biāo)，在火星表面開(kāi)展巡視科學(xué)探測(cè)。
搭載了 “祝融” 號(hào)的著陸平臺(tái)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(guò)程，因此著陸巡視器配備了降落傘和反推發(fā)動(dòng)機(jī)，選擇安全地點(diǎn)降落則需要平臺(tái)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(cè)科學(xué)任務(wù)，“祝融” 號(hào)上配有火星表面成分探測(cè)儀、多光譜相機(jī)、地形相機(jī)、火星車(chē)次表層探測(cè)雷達(dá)、火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀、火星氣象測(cè)量?jī)x共 6 種有效載荷，對(duì)火星進(jìn)行遙感探測(cè)和區(qū)域精細(xì)探測(cè)。通過(guò)集成一體化設(shè)計(jì)的載荷控制器對(duì)載荷進(jìn)行控制和管理。
“祝融” 號(hào)火星車(chē)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(gè)桅桿就是踏上火星之后，需要率先展開(kāi)的部件。頂端的方盒子上還有火星車(chē)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(kāi)障礙，還能對(duì)前方的礦物質(zhì)成分進(jìn)行識(shí)別。

在 “祝融” 號(hào)上，還裝有 4 個(gè) “大翅膀”，這正是太陽(yáng)能電池板。除此之外，它還配有探測(cè)雷達(dá)、磁場(chǎng)探測(cè)儀和氣象測(cè)量?jī)x，可以對(duì)火星進(jìn)行全方位的探測(cè)。
此外，因?yàn)榛鹦巧辖邮仗?yáng)的光照要比地球和月球要小的多，翅膀則可以根據(jù)太陽(yáng)光的方向來(lái)調(diào)整太陽(yáng)帆板的角度。
“祝融” 號(hào)的行進(jìn)速度為 200 米 / 小時(shí)，而車(chē)輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，對(duì)中國(guó)火星探測(cè)來(lái)說(shuō)就是積累到了全新的數(shù)據(jù)。它會(huì)對(duì)火星進(jìn)行遙感探測(cè)和區(qū)域精細(xì)探測(cè)，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(cè)。2、火星巡視區(qū)土壤結(jié)構(gòu)（剖面）探測(cè)和水冰探查。3、火星巡視區(qū)表面元素、礦物和巖石類(lèi)型探。4、火星巡視區(qū)大氣物理特征與表面環(huán)境探測(cè)。
除此之外，“天問(wèn)一號(hào)” 和 “祝融” 號(hào)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(shí)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(hào)的另一個(gè)喜訊，那就是成功駛離著陸平臺(tái)，在火星表面留下中國(guó)首個(gè)火星車(chē)的足跡。它計(jì)劃在火星上運(yùn)行 3 個(gè)火星月，約合 92 個(gè)地球日。在這段時(shí)間里，環(huán)繞器將負(fù)責(zé)在火星車(chē)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(cè)軌道上運(yùn)行，方便對(duì)火星展開(kāi)進(jìn)一步探測(cè)。
 中國(guó)火星探索時(shí)間軸
中國(guó)火星探索時(shí)間軸自 2011 年 11月開(kāi)始，具體如下。
2011 年 11 月：中國(guó)開(kāi)發(fā)的火星探測(cè)器 “螢火一號(hào)” 搭載在俄羅斯的福布斯 - 土壤探測(cè)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(cè)任務(wù)。但由于俄方探測(cè)器在與火箭分離后未能成功變軌，“螢火一號(hào)” 和福布斯 - 土壤探測(cè)器最終在太平洋墜毀。
2016 年 1 月：中國(guó)正式啟動(dòng)自主火星探測(cè)計(jì)劃，并于同年 4 月宣布將 2020 年定為火星探測(cè)衛(wèi)星的預(yù)計(jì)****窗口，一次性實(shí)現(xiàn) “繞、落、巡” 三個(gè)目標(biāo)。
2016 年 8 月：中國(guó)正式啟動(dòng)火星探測(cè)工程征名和圖形標(biāo)識(shí)全球征集活動(dòng)。
2019 年 11 月：中國(guó)國(guó)家航天局完成火星探測(cè)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(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)無(wú)線聯(lián)試，驗(yàn)證了探測(cè)器與地面系統(tǒng)的接口匹配性和一致性，對(duì)各類(lèi)方案、技術(shù)狀態(tài)、軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行了全面測(cè)試。
2020 年 4 月：中國(guó)國(guó)家航天局將中國(guó)行星探測(cè)任務(wù)命名為 “天問(wèn)”，將首次火星探測(cè)任務(wù)命名為 “天問(wèn)一號(hào)”，同時(shí)公布了首次火星探測(cè)標(biāo)識(shí) “攬星九天”。
2020 年 7 月：長(zhǎng)征 5 號(hào)運(yùn)載火箭搭載 “天問(wèn)一號(hào)” 探測(cè)器從海南文昌衛(wèi)星****中心****升空，**** 37 分鐘后，“天問(wèn)一號(hào)” 探測(cè)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(guò) 6 個(gè)多月的飛行，“天問(wèn)一號(hào)” 完成首次近火制動(dòng)，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(guó)國(guó)家航天局宣布，中國(guó)首輛火星車(chē)命名為 “祝融” 號(hào)，寓意點(diǎn)燃中國(guó)星際探測(cè)的火種，指引人類(lèi)對(duì)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(hào)成功著陸，未來(lái)將探索火星的地貌、地質(zhì)、土壤、大氣、磁場(chǎng)等特征。
今早的落地，意味著中國(guó)實(shí)現(xiàn)了向著火星出發(fā)！
 -End-責(zé)編：多加