机器之心报道
机器之心编辑部
在 3.2 亿公里之外 ， 我们的探测器成功穿越火星大气层 ， 降落在了神秘外星的表面 。
从遥远的火星表面 ， 传来了「祝融号」成功登陆的好消息 。
北京时间 5 月 15 日早 8 时 20 分 ， 天问一号的着陆器确认成功登陆火星 ， 其着陆地点位于火星北半球的「乌托邦平原」 ， 着陆器上搭载的是我国首辆火星车「祝融号」 。 我国首次火星着陆任务迈进了重要一步 。
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此前 ， 人类飞行器进行火星探测任务的成功率仅为 50% 左右 ， 而成功登陆火星表面并顺利开展工作的探测器成功率则更低 ， 大约只有 20% 。
自此 ， 我国成为继美国、苏联之后第三个成功着陆火星的国家 。 在此之前 ， 人类对火星进行了 45 次探测 ， 实现了飞跃、环绕、着陆和巡视 。 只有美俄两国共成功实施过 12 次火星表面软着陆（包含 5 台火星车） 。
由于苏联的唯一一次成功着陆：1971 年发射的火星 3 号在着陆后只工作了约 14 秒 ， 祝融号的成功运转显得更进一步 ， 它意味着我国成为了世界上第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家 。 另外 ， 我国的火星登陆任务初次尝试就选择了三组件探测器的复杂形式 ， 这也体现了航空工作者们对于任务的信心 。
意大利博洛尼亚射电天文学研究所的行星科学家 Roberto Orosei 此前曾对《自然》杂志表示 ， 「祝融」火星车如果着陆成功 ， 就意味着中国只用一次任务就实现了美国耗费数十年历经多次任务实现的目标 ， 「这将是巨大的飞跃」 。
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在祝融着陆成功后 ， 美国国家航空航天局 NASA 科学任务局副局长托马斯·祖布第一时间发来祝贺：「中国首个火星探测器『祝融号』登陆火星 ， 恭喜中国国家航天局『天问一号』团队！和全球的科学界一起 ， 我期待中国本次火星任务 ， 对人类了解这颗红色星球作出重要贡献 。 」
目前在火星表面还有美国的好奇号、毅力号火星车仍在运行中 ， 另有一台静止的「洞察号」探测器也在火星表面执行任务 。
在今天早晨的登陆行动之前 ， 天问一号载着以中国神话传说中火神命名的探测器从地球出发 ， 跋涉三亿公里而来 。 它经历了 296 天的太空之旅 ， 其中包含围绕火星飞行的三个多月 。 在经历了仅 7 分钟的着陆过程后 ， 天问一号的登陆器即将开始在这个红色星球上的气候与地质学探索 。
着陆地点最终选在了火星北半球的乌托邦平原（Utopia Planitia） ， 这是火星上最大的平原 ， 正是 1976 年 NASA 的维京 2 号着陆器降落的区域 。
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2020 年 7 月 23 日 ， 天问一号从海南文昌航天发射场升空 ， 启动了为期七个月的火星之旅 。 2021 年 2 月 10 日 ， 天问一号探测器进入环火轨道 。 本周五 ， 中国国家航天局正式预告了天问一号探测器「拟于北京时间 5 月 15 日凌晨至 5 月 19 日期间择机着陆于火星乌托邦平原」 。
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「祝融号」火星车模型 。
此前三个月 ， 天问一号以 49 小时的环绕周期围着火星飞行 ， 一直在寻找火星乌托邦平原的着陆点 。 「祝融号」火星车位于着陆器内 ， 长约 1.85 米 ， 其重量约为 240 公斤 ， 几乎是月球车「玉兔」重量的两倍 。
「祝融号」的车载设备包括两个摄像头、一个火星漫游车地下探测雷达、火星磁场探测器和火星气象监测仪 。 「天问一号的主要任务是使用轨道飞行器对整个火星进行调研 ， 并将漫游车送到科学考察的地表位置 ， 以高精度和高分辨率进行详细地考察 。 」
由于「祝融号」火星车此次选择的着陆地点特殊 ， 全球的科学家都在期待这台火星车能够考察此区域的永久冻土层 ， 传回此前不为人所知的地质信息 。 中国国家航天局探月与航天工程中心副主任、中国首次火星探测任务新闻发言人刘彤杰曾表示 ， 地质学家认为 ， 这里很可能是一个古海洋所在地 。
恐怖 7 分钟
火星表面着陆的挑战主要来自于地球与火星之间遥远的距离——以光速传播的无线电波需要几十分钟才能来回一次 ， 这使得地面人员无法实时控制着陆过程 ， 一切步骤都只能依赖于探测器的自主操作 。
要想平安稳定地降落到火星表面 ， 首要问题就是让高速奔驰的天问一号减速 。 航天科技集团五院天问一号探测器总体主任设计师王闯介绍说：「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 。 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 。 」
除了减速设计 ， 火星进入方案的选择也至关重要 ， 甚至可以说决定「生死」 。 从开始踏上进入点的那一刻起 ， 天问一号就迎来了此次探火旅程中最为凶险、最为惊心动魄的「恐怖 7 分钟」 。 到目前为止 ， 人类火星探测任务的成功率仅有五成左右 ， 大部分失败都是折戟在「进入 / 下降 / 着陆（ EDL）」这一阶段 。
早在 EDL 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；同时 ， 天问一号继承了嫦娥三号、四号、五号成熟的悬停、避障技术 ， 以确保安全着陆 。
航天科技集团五院天问一号探测器总设计师孙泽洲介绍说：「在上述这些措施的基础上 ， * 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 ， 提高适应能力 * 。 」
减速过程先后经历气动减速、降落伞减速、动力减速 3 个阶段：
整个过程天问?号将约 2 万千? / 时的速度降? 0 ? / 时 ， 用时约 7 分半 。 虽然此前我国已有?表着陆经验 ， 但此次天问?号?星软着陆任务更加艰难 。 ????星表?存在?? ， ??密度约为地球表???密度的 1% ， 此外 ， 火星表面地形复杂 ， 遍布岩石、斜坡、沟壑等障碍物 ， 火星尘暴较地球也更加严重 。 这些因素给着陆火星带来了极大难题 ， 着陆风险非常高 。 另??? ， ?星距离地球更加遥远 ， 最远 4 亿公里 ， 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?号?主完成 ， 经历未知的 7-9 分钟 。
首次火星探测任务工程总设计师张荣桥在看到天问一号探测器成功着陆火星后激动地落下了眼泪 。 这一幕被国家航天局的工作人员记录了下来 。
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接下来的任务
天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成 ， 着陆巡视器包括 “祝融号” 火星车及进入舱 。 成功着陆后 ， 进?舱和?星?会先后完成坡道及太阳翼天线展开 ， 祝融号将在第?时间将成功展开的消息传回地? 。 ?切准备就绪后 ， 祝融号将?主驶离进?舱 ， 抵达火星表面 ， 开始新的征程 。
除了常规的通信、能源、?撑结构、动?系统等部分 ， 「天问?号」整体上携带了 13 种科学载荷 ， 其中 6 台分布在?星?上 ， 分别是多光谱相机、次表层探测雷达、?星表?成分探测仪、?星表?磁场探测仪、?星?象测仪、地形相机 。 它们共有五?使命 ， 主要涉及?星空间环境、地表形貌特征、?壤表层结构等研究 ， 将给中国带来?星的第??资料 。
未来至少三个月内 ， 「祝融号」都将在火星表面执行任务 ， 开展地表成分、物质类型分布、地质结构以及火星气象环境等探测工作 。 而在轨运行的「天问一号」还将成为祝融号与地球之间的通讯中继站 。
当然 ， 正如其他航天器一样 ， 届时如果状态良好 ， 「祝融」将不断延寿继续服役 。
参考链接：
https://www.theverge.com/2021/5/14/22436072/china-tianwen-1-mars-landing-zhurong-rover
https://www.sohu.com/a/466528964_260616
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_原题《火星 ， 你好！中国探测器首次登陆火星 ， 「祝融号」开启科学探测之旅》
【着陆|火星，你好！中国探测器首次登陆火星，“祝融号”开启科学探测之旅】阅读原文
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