“天問一號”成功著陸火星，三大疑問揭秘你想知道的那些事兒

火星車的預測壽命為90個火星日

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編者按：本文來自微信公眾號“高山大學”（ID:gasadaxue），作者：朱珍，編輯：李嘉、鄧舒夏，36氪經授權發布。

北京時間2021年5月15日上午8時20分左右，我國首次火星探測任務“天問一號”探測器成功著陸火星。

從1960年蘇聯首次嘗試發射，到1965年美國“水手4號”第一次傳回數據，再到如今仍漫步在火星表面的“好奇號”，截止目前，人類已經實施火星探測活動40多次，成功和部分成功的任務僅一半左右，能夠著陸火星并成功開展探測任務的僅為個位數。

“天問一號”的成功著陸，是中國航天領域的里程碑事件。從此刻開始，我國火星探索邁出的第一步，穩穩當當地落在了紅色星球的土地上。

為何繞轉火星3個月才著陸？

“天問一號”于2020年7月發射升空，同期發射的美國“毅力號”早在今年2月18日便已成功著陸火星“耶澤洛”隕坑，但于2月10日率先到達火星軌道的“天問一號”，為何要圍繞火星轉3個多月，多次進行軌道調整，今天才最終著陸呢？

首先，到目前為止，美國登陸火星的探測器已有8個，早已獲取了大量的火星數據，無需花時間環繞火星飛行，可以直接登陸。而中國是個“探火”新手，因此要提前對火星著陸區成像，并采集數據，為登陸做足準備。

另一方面，與“毅力號”任務不同，“天問一號”將一次性完成環繞、著陸、巡視三大目標任務。在航天史上，這是首例。還從來沒有任何一個國家以這種“極限”的方式執行過行星探測任務。

“天問一號”發射到著陸全過程3D動畫，視頻源自科普中國

中國敢挑戰這樣的難度，得益于一系列嫦娥計劃的成功實施，讓中國航天不僅積累了大量技術，也增強了信心。

“天問一號”在登陸火星之前的繞轉過程中，每一圈都經過南北兩極，對火星各區域進行全方位探測，測量火星上土壤特性和水冰分布，繪制火星的形態學和地質學地圖。同時它還收集了部分火星電離層、電磁場和引力場的數據。

除此之外，“天問一號”還需要對預設著陸點——烏托邦平原的陸區情況進行觀察和研究，以找到最佳著陸窗口，避免遇上大的沙塵暴等惡劣天氣，從而保證探測器的安全穩定著陸。

著陸過程是怎樣的？

雖然我國之前的探月任務中，探測器已經多次成功軟著陸月球表面甚至是帶回了月壤，但相比月球，火星表面存在大氣，并且大氣壓為地球的1%，環境更加復雜，著陸條件自然也更是嚴苛。

探測器火星著陸過程常常被NASA稱為“黑色七分鐘”甚至是“死亡七分鐘”。因為火星與地球距離十分遙遠，從地球到火星的通信往返時間為6到45分鐘，信號存在延遲，這導致整個著陸過程只能靠探測器自己判斷和執行，地球地面無法做任何控制。

“天問一號”探測器的整個著陸過程為9分鐘左右。這意味著探測器在9分鐘內將速度從約4.9 km/s降到0 km/s。

而完成這個任務的第一步，就是借助火星的大氣，然而空氣摩擦產生的巨大熱量沖擊也是“天問一號”必須要面對的難題。“天問一號”解決這個問題依靠的是防熱盾，能夠在減速的同時，防止探測器被巨大熱量沖擊破壞。

在速度降低90%之后，探測器展開隨身攜帶的減速傘，進一步降低速度，直到速度降低到100 m/s以內，探測器拋棄了防熱盾和降落傘，開啟反推發動機，最終將速度降到了3.6 m/s后，進入懸停階段，尋找合適的著陸點，從距離火星表面幾米高的地方做自由落體下落。

最后軟著陸瞬間，不同的探測器各顯神通，方法各不相同。

美國的“機遇號”“勇氣號”，是彈出一只氣囊，讓著陸器在上面蹦幾十次，直到沒有彈力。“毅力號”和“好奇號”采用的都是“空中吊車”的方式，即火星車被空中吊車懸吊著減速觸地，著陸后繩索會立即被切斷，空中吊車飛離。

“天問一號”的著陸器由于體重較大，采用的是“支腿式”，在降落過程中，會伸出一個有彈性的緩沖支架，保證著陸器平穩落地。最后，“天問一號”的火星車“祝融號”從著陸器上滑下，“橫行”在火星的紅色土地上。

此時，由于“祝融號”無法直接與地球指揮中心取得聯系，“天問一號”的環繞器環繞器會降低軌道，進入一個近火點265公里、遠火點12500公里，周期8個小時的軌道，為火星車提供通訊中繼。

著陸之后干什么？

“天問一號”著陸在火星烏托邦平原南部。烏托邦平原位于火星北半球，相較于南半球坑洼不平的山地，北半球的平原是更為理想的降落區域，因為這里海拔更低，探測器會有更多時間用于減速。

地質學家認為那里很可能是一個古海洋和古陸地的交界處，有很高的科學價值。

身高185cm，體重240kg的“祝融號”火星車在我們眼里是個大胖子，但六輪全驅的配置，讓“祝融號”在火星上能夠火力全開，“橫行霸道”，即便一個輪胎受到損壞，火星車也能正常工作，十分靈活。

“祝融號”火星車采用我國自主研發的“正十一烷相變保溫系統”，能夠以太陽能為動力，同時為處在極寒環境中的火星車保溫，整個火星車的預測壽命為90個火星日（火星的一天約為24小時40分鐘，90個火星日約為92個地球日），但也有可能可以工作得更久。

在這短短一段時間內，“天問一號”的科學目標包括：

（1）繪制火星地質與形態的結構圖；

（2）研究火星表層土壤特征和水冰分布結構；

（3）分析火星表層物質組成；

（4） 測量電離層以及火星表面的氣候和環境特征；

（5）加強研究人員對火星的物理場（電磁場、引力場）和次表層及內部結構的認知。

簡單來說就是，所到之處但凡能收集到的資料，一網打盡。

90個火星日結束后，“天問一號”環繞器還會再次降低軌道，進入一個近火點265公里、遠火點12000公里的“科學探測軌道”，對火星表面進行至少一個火星年（約1.88個地球年）的近距離全球探測，同時也可以兼顧火星車的通訊中繼。

2016年首個“4.24中國航天日”會上，中國火星探測任務正式立項。如今“天問一號”的一小步，是中國航天科學探索的一大步。期待“天問一號”瑰麗壯美的火星之旅帶來更多激動人心的好消息。

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10.我們的太空 | 【技術·航天】中國首次火星探測任務“天問一號”的長征路...

https://zhuanlan.zhihu.com/p/164443325

網頁標題：“天問一號”成功著陸火星，三大疑問揭秘你想知道的那些事兒
新聞來源：http://m.kartarina.com/article2/scscoc.html

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