作者：郭超凱

　　北京時間5月15日，天問一號著陸巡視器穩(wěn)穩(wěn)地降落在預(yù)選著陸區(qū)——火星北半球的烏托邦平原，中國首次火星探測任務(wù)著陸火星取得圓滿成功。

　　天問一號探測器于2020年7月23日發(fā)射，在今年2月到達火星，成功被火星捕獲。經(jīng)過3個月的養(yǎng)精蓄銳，天問一號已在近日實施降軌，完成著陸巡視器與環(huán)繞器分離。在成功軟著陸于火星表面后，不久中國首輛火星車“祝融號”也將駛離著陸平臺，開展巡視探測等工作。

　　此次天問一號登陸火星有什么難點？“祝融號”火星車會以何種方式探索火星？背后又有什么故事呢？

　　著陸火星經(jīng)歷“黑色九分鐘”

　　被火星成功捕獲以后，天問一號經(jīng)過幾個月的充分準備，終于開啟了第二階段任務(wù)——“著陸”。火星的北半球多平原，南半球多山地，因此此次天問一號著陸巡視器軟著陸火星的地點，就選擇在火星北半球的烏托邦平原南部。

　　整個降落過程大致分為進入——減速——軟著陸三步，簡稱為EDL(Entry， Descent，Landing)。據(jù)中國航天科技集團五院總體設(shè)計部火星探測器總體主任設(shè)計師王闖介紹，天問一號在進入火星大氣層以后首先借助火星大氣，進行氣動減速，這個過程它克服了高溫和姿態(tài)偏差。氣動減速完成后，天問一號的下降速度也減掉90%左右。

　　“緊接著天問一號打開降落傘進行傘系減速，當速度降至100m/s時，天問一號通過反推發(fā)動機進行減速，由大氣減速階段進入動力減速階段。”王闖介紹，在距離火星表面100米時，天問一號進入懸停階段，完成避障和緩速下降后，著陸巡視器在緩沖機構(gòu)的保護下，抵達火星表面。總的來說，整個過程天問一號要在9分鐘內(nèi)從約2萬千米/小時的速度降至到0米/小時。

　　值得一提的是，雖然此前中國已有月表著陸經(jīng)驗，但此次天問一號火星軟著陸任務(wù)更加艱難。一方面火星表面存在大氣(火星表面大氣的密度是地球表面大氣密度的1%左右)，火星環(huán)境比月球更復雜；另一方面火星離地球距離更加遙遠，通信時延單程達到20分鐘左右，因此在整個著陸過程，相距遙遠的地球科學家們來不及做任何處置，只能靠天問一號自主完成這“黑色九分鐘”。

　　13個載荷助天問一號探索火星

　　成功著陸后，天問一號“繞”“著”“巡”的串聯(lián)任務(wù)終于進行到最后一步。著陸后，天問一號進入艙將著陸信息通過環(huán)繞器轉(zhuǎn)發(fā)地面。進入艙和“祝融號”火星車先后完成坡道及太陽翼天線展開，“祝融號”火星車將在第一時間將成功展開的消息傳回地面。一切準備就緒后，火星車將自主駛離進入艙，抵達火面，開始新的征程。

　　探測火星不僅是工程任務(wù)的突破，更是行星科學領(lǐng)域的突破。除了常規(guī)的通信、能源(太陽能帆板)、支撐結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)等部分外，天問一號整體上攜帶了13個科學載荷，其中7個在火星上空的環(huán)繞器上，6個分布在火星車上。

　　據(jù)介紹，天問一號環(huán)繞器搭載的7個科學載荷分別是中分辨率相機、高分辨率相機、次表層探測雷達、火星礦物光譜探測儀、火星磁強計、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀。而6個分布在火星車上的科學載荷，則分別為多光譜相機、次表層探測雷達、火星表面成分探測儀、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀、地形相機。

　　據(jù)專家介紹，這些科學載荷有著五大使命，主要涉及火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等研究，將給中國帶來火星的第一手資料。其中，與氣象有關(guān)的研究項目將收集有關(guān)溫度、氣壓、風速和風向的大氣數(shù)據(jù)，并研究火星的磁場和重力場，這些也將解答大眾的好奇，如火星究竟是什么樣的氣候。

　　“祝融號”如何“荒野求生”？

　　此前，中國首次火星探測任務(wù)總設(shè)計師張榮橋曾對外公布“祝融號”火星車的配置細節(jié)：火星車質(zhì)量約240公斤，為6輪獨立驅(qū)動，攜帶6臺載荷，其太陽翼呈蝴蝶翼形。因此有人形象地將“祝融號”火星車比喻為“火星蝴蝶”。

　　火星環(huán)境是出了名的惡劣，要想完成使命，“祝融號”火星車必須足夠強大，努力“活下來”。中國曾數(shù)次造訪月球，積累了寶貴經(jīng)驗。但月球與火星最大的不同，在于月表近乎真空，而火星有大氣層，這大大增加了探索火星的難度。

　　從以往火星探測器拍攝的圖片來看，火星的地貌似乎與地球上的沙漠戈壁無異。但事實上，火星上的風速可達每秒180米，這幾乎是地球上特大臺風風速的三倍多。這如野獸般兇暴的烈風會掀起大量的沙塵、石塊，形成特大沙暴。讓“祝融號”火星車的“眼睛”蒙塵，“翅膀”不再靈活。面對這種情況，設(shè)計師使用了一種新型材料，這種材料不易沾上灰塵，即使沾上也可以通過振動將其抖落。

　　火星表面還密布著石塊等障礙物，這就使得火星車的行駛需要更加“小心翼翼”，以免被障礙物卡住造成操作的遲滯。那如何才能火星車的每一步都走得更加穩(wěn)妥呢？設(shè)計師們也想出了應(yīng)對之策。在中國航天科技集團五院的實驗室中，有一臺與“祝融號”一模一樣的火星車。當“祝融號”在火星上遇到復雜路況時，地球上的火星車將對火星路況進行模擬行駛，確認無誤后才會發(fā)出指令。

　　按照計劃，在緊張工作90個火星日后，“祝融號”火星車將結(jié)束巡視探測工作，天問一號環(huán)繞器也將進行軌道調(diào)整，從而開展環(huán)繞科學探測。

　　“一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國得克薩斯州的一場龍卷風。”曾有學者用上述語言形容“蝴蝶效應(yīng)”。如今，“祝融號”這只全球矚目的“火星蝴蝶”已成功著陸火星，后續(xù)又會帶給我們什么意外驚喜，讓我們一起拭目以待吧。