探测器 “天问一号”火星着陆记
北京时间 5 月 15 日，我国首次火星探测任务 " 天问一号 " 探测器成功在火星预选着陆区乌托邦平原南部降落，实现 " 绕、着、巡 " 目标的第二步，即将开展第三步巡视探测。
自 2020 年 7 月 23 日成功发射以来，" 天问一号 " 已累计飞行 296 天。在奔赴火星到成功降落的征途中，" 天问一号 " 需要经过：发射段、地火转移段、火星捕获段、火星停泊段、离轨着陆段和科学探测段六个飞行阶段
其中，离轨着陆是火星探测任务成败的关键。探测器从火星大气层穿越一直到着陆，会经历一段 " 恐怖 7 分钟 "。世界上现有的 40 多次火星探测任务中，飞行器能够安全度过这 "7 分钟 " 的仅有 9 次。
那么，在这决定成败的 "7 分钟 " 里，" 天问一号 " 经历了怎样的着陆过程呢？
分离滑行段
文章插图
天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成。因此，登陆火星前需要首先完成着陆巡视器与环绕器的分离。
攻角配平 升力控制段
文章插图
这一阶段，主要是整个着陆巡视器调节至姿态稳定的过程，关键的一步就是解决 " 进得稳 " 的问题。此时，进入角 θ 的设置就尤为重要，如果进入角过大，着陆巡视器 " 一头扎进 " 火星大气层中，会在进入过程中被烧坏；如果进入角过小，着陆巡视器将会 " 跃出 " 火星大气层，导致无法成功进入。解决 " 进得稳 " 的问题，就要靠着陆巡视器的攻角 η 设计，将着陆器的质心配置在偏离纵轴的位置上，使其 " 不稳 "，待着陆器进入大气层后，气动力矩会逐渐改变它的姿态，最终，运动方向、质心、压心处于一条直线，着陆器便可维持相对稳定的姿态，" 抬头前进 "。这个 " 抬头 " 角度就是配平攻角。
伞降控制段
【 探测器|“天问一号”火星着陆记】接下来，着陆巡视器需要立刻打开自己的减速伞，直到速度降至每秒不到一百米时，其带的变推力发动机会准时开机，进入动力下降段。
动力减速段
文章插图
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着陆器同背罩分离。同时，发动机点火，着陆缓冲机构展开。大概飞行到距离火星表面 1.1 公里，抛掉降落伞，速度降到 95 米 / 秒。着落器反推发动机，最大反推力达到 7500 牛，速度降低到 1.5 米 / 秒。
悬停成像段
文章插图
速度降低后，发动机推力调整，使着陆器在高度 100 米时速度处于垂直速度 0 米 / 秒，达到悬停状态。位于着陆器下方的对地相机开始进行火星地面图像拍摄，并通过系统自主分析选择相对平整的着陆点。
避障机动段
文章插图
调整着陆器根据地面情况水平移动，寻找最安全的降落地点。
缓速下降段
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发动机推进着陆平台缓缓下降。
触地 主发动机关机
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在高度 2 至 4 米时，反推发动机关机。着陆器的四个着陆腿伸出，通过着陆腿的颤动达到缓冲效果，抵消剩余的动能，着陆器得以安全着陆于火星乌托邦平原。
你好，火星！在 " 天问一号 " 闯过火星征程中最关键的难关 " 恐怖 7 分钟 " 后，让我们共同期待更多来自 " 祝融 " 号火星车在第三步 " 巡 " 阶段的工作。
（图片来源：航天科技集团五院）
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