2021年5月15日 ， 历史定会记住这一天 。 我国首次火星探测任务“天问一号”探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆 ， 成功“落火” 。 这次着陆有多不容易？实现着陆后 ， 火星探测任务还要迈过哪些难关？
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【平原|穿越“黑色7分钟”】1.为何环火飞行3个月后才着陆？
2021年2月10日晚 ， “天问一号”到达火星附近 ， 并进入环火轨道 ， 为着陆火星作准备 。 可这一准备 ， 就是三个多月 。 “天问一号”为什么这么“墨迹”呢？
一是变轨 。 这是为了让“天问一号”从当前的低倾角大椭圆轨道 ， 变为倾角接近于90度的“极地轨道” ， 让“天问一号”环绕火星飞行的每一圈都经过南北两极 ， 实现对火星各区域的探测覆盖 。
二是实施着陆准备 ， 包括对预设着陆点使用相机进行探察 ， 为着陆器和巡视器的组合体进入火星大气做准备 。
在此期间 ， 环绕器用携带的中分和高分相机、磁强计、矿物光谱分析仪等设备对火星开展多维度探测 ， 包括对预定着陆区进行详细的地形、地貌探测 ， 对着陆区附近区域进行沙尘暴探测 ， 择机实施火星着陆 。
2.着陆区为何选择乌托邦平原？
乌托邦平原位于火星北半球 ， 是火星上面积最大的平原 。 而且地形平缓 ， 陨石坑较少 ， 地质年龄较轻 ， 地壳较薄 ， 是更理想的降落地 。
另外 ， 在乌托邦平原距离地面1到10米的浅表底层下方可能有大量地下水冰存在 ， 储水量相当于地球面积最大的淡水湖——苏必利尔湖 。 专家分析 ， 着陆点选在古海洋与古陆地交界处 ， 或可取得意想不到的科学成果 。
3.为何业内用“黑色七分钟”来形容“落火”过程？
“落火”过程中 ， 天问一号探测器要以合适的角度切入火星大气层 ， 角度太小则无法进入大气层 ， 角度太大又会因为被大气层过度加热而烧毁 ， 而且 ， 探测器要在7分钟左右的时间里 ， 将时速从约每小时2万千米降至0 ， 实现软着陆 。
这样一个复杂、精密的降落过程被业内称作“黑色七分钟” 。 因为这七分钟是火星探测器任务中最惊险的部分 。 地球传信号到着陆器要10多分钟 ， 远大于7分钟的着陆时间 。 这就意味着降落全程的所有动作都需要着陆器自己完成 ， 这对软件和硬件要求极高 。 据了解 ， 世界上40多次火星探测任务 ， 安全度过这7分钟的仅有9次 。
4.天问一号率先到达火星 ， 为何毅力号捷足先登？
很多人很好奇 ， 明明是天问一号先发射 ， 先到达火星 ， 为什么天问一号要三个月后才能降落火星 。
一般而言 ， 火星探测任务都会采取“绕”“着”“巡”分开的形式以降低难度 。 美国也仅尝试过了火星着陆与巡视探测（已经有8个探测器成功登陆火星） ， 而我国第一次独立探火就瞄准殿堂级高难度科目——世界上第一个首次通过一次任务实现火星环绕、着陆、巡视（探索）3 种探测目标的国家 ， 因为2020年是人类火星探测史上重要窗口 ， 发射探测器理论飞行时间最短（5个月） ， 错过就需要再等两年 ， 中国想要趁这个机会多进行火星探测任务 ， 因此天问一号“身兼多职” ， 这样也可以节省研发经费 。
中国第一次登陆火星 ， 对火星还不熟悉 ， 不清楚火星的具体情况 ， 如果贸然降落 ， 风险很大 ， 因此登陆火星之前需要先采集火星数据 ， 而毅力号则是直接降落火星 。
5.火星与地球有“时差”吗？
火星的一天一夜 ， 和地球一样是24小时吗？凭直觉好像不是 。 那么 ， 火星上的一天和地球上的一天 ，“时差”究竟差多少？
通俗来说 ， 星球自转一周为一天 。 科学家虚构了“平太阳”这样一个参照点 ， 其运行速度等于太阳在黄道面运行的平均速度 ， 平太阳的连续两次上中天 ， 则成为一个平太阳日 。
太阳系的行星在自转的同时 ， 还都围绕太阳做公转运动 ， 因此地球相对于恒星背景的运动才更加反映地球的自转 。 以恒星为参考 ， 春分点连续两次上中天的时间间隔 ， 则为一个恒星日 。
因此 ， 按照地球上定义的时间尺度 ， 火星上的一个平太阳日为24小时39分35.244秒 ， 地球的平太阳日则是24小时 ， 两者之间差距39分35秒多；在更反映自转周期的恒星日方面 ， 火星一个恒星日为24小时37分22.663秒 ， 地球则为23小时56分4.099秒 ， 两者之差更是达到了约41分19秒 。
6.后续还要迈过哪些难关？
与之前其他国家分几次完成不同 ， 我国的“天问一号”探测器要一次性完成“绕、落、巡” 。 目前 ， 我们已经完成了“绕”和“落”的过程 。 接下来 ， 开始“巡”这个阶段的工作 。
“祝融”号火星车预计将在火星上运行约90天 。 在这期间 ， 它将近距离采样并将数据存储下来 ， 定期传回地球 。 这一阶段 ， 可能遇到的较大风险就是沙尘暴了 ， 像之前的“勇气号”火星车等也遭遇过沙尘暴的麻烦 。 如果火星上的沙尘暴覆盖了“祝融”的太阳帆板 ， 就会让帆板效率降低 。 不过 ， 火星车可以通过抖动把一部分沙子去除 。
7.火星移民能否实现？
天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区后 ， 中国首次火星探测任务总设计师张荣桥接受央视采访时说：对于火星移民这件事 ， 一定要科学的看 。 移民火星我认为作为科学幻想可以 ， 但是说谈火星移民工程 ， 我就觉得是不科学的 。 如果我们有改造火星的能力 ， 那我们是不是可以花点时间精力把我们的地球打理得更好？火星的环境跟地球相比差远了 ， 我们人类赖以生存的氧气没有 ， 温度跟我们地球相比更为恶劣 ， 我们人的生存最基本的条件难以保证 。
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