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5月(yue)15日7時18分，由航(hang)天(tian)科技集團(tuan)研(yan)制的(de)中國天(tian)問一號(hao)探測器穩穩降落在位于(yu)火星北半球的(de)烏托邦平原上。

至此，我國首次火(huo)星(xing)探測任務順利度過了最為兇險的(de)階段(duan)——從進入火(huo)星(xing)大氣層到著陸火(huo)星(xing)表面的(de)“驚心動魄(po)9分鐘”。

環火3個月

5月15日(ri)凌晨4時(shi)許，火星(xing)上空，天問一(yi)號(hao)探(tan)測器系統(tong)中的(de)“兩兄弟(di)”在做最后(hou)的(de)告別——相伴295天后(hou)，環繞器和承載著“祝(zhu)融號(hao)”火星(xing)車的(de)著陸巡視(shi)器正式分離(li)。

隨后，環繞器抬(tai)升了(le)自己的(de)(de)軌道，迎來新的(de)(de)使命——為火星(xing)和地(di)球(qiu)之間架(jia)起通信(xin)橋梁。

此時，著陸(lu)巡視器獨自上路，它調(diao)整姿態，防熱大底朝(chao)前，沿著進入火星大氣(qi)層的軌(gui)道滑(hua)行，瞄準(zhun)進入火星大氣(qi)層的狹窄“走廊”。

三小時(shi)后，它進入火(huo)(huo)星大氣，迎來(lai)整個火(huo)(huo)星探測任務的(de)驚(jing)心動魄時(shi)刻。生死(si)考驗后，它將代表中國(guo)完成首(shou)次著陸火(huo)(huo)星的(de)壯舉。

“天(tian)問一(yi)號”距離(li)家鄉3.2億公里，是(shi)走得最遠(yuan)的中(zhong)國(guo)遠(yuan)行客。去年7月23日，它從(cong)海南文昌啟程，迄今已跋涉295天(tian)。

這些天里，它(ta)曾舉起自(zi)拍(pai)桿(gan)，拍(pai)下(xia)(xia)深空(kong)掠(lve)影，向祖國報告平安(an)；也曾回望故土家(jia)園，拍(pai)下(xia)(xia)地月合(he)影，遙寄思鄉之(zhi)情(qing)。

最重要的，它先后多次修正(zheng)前行軌道，更精準地朝火星(xing)奔去(qu)。

今(jin)年2月(yue)24日，它踩(cai)下(xia)了(le)“史上(shang)最難(nan)”的(de)太(tai)空(kong)剎車——通過3次近火制(zhi)動，成(cheng)功(gong)進入(ru)火星軌道，順利飛(fei)抵火星。在火星上(shang)空(kong)踩(cai)下(xia)的(de)這幾腳剎車，分寸有多(duo)難(nan)拿捏？科學家說，就像從(cong)巴(ba)黎(li)打出一個高爾夫球，讓它落進東(dong)京的(de)某個球洞里。

到達火星上空(kong)后，“天(tian)問(wen)一號”沒(mei)有(you)立即降落，而是環火飛行數月。

中國(guo)首次探測(ce)火星(xing)，最重要(yao)的是妥(tuo)妥(tuo)成功，因此，“天問一號”選擇了(le)最穩妥(tuo)的模式——“先繞(rao)后落”。

我國在“天問一號”探測任務之(zhi)前，尚不掌握第一手火(huo)星(xing)環境資料，對火(huo)星(xing)的地形地貌、天氣環境等各方面(mian)情況尚不熟悉。在本(ben)次任務中(zhong)，根(gen)據全球已(yi)公開的數據，在任務規(gui)劃中(zhong)首先預(yu)選出(chu)一個首選著(zhu)陸(lu)區以及一個備選著(zhu)陸(lu)區，并通過環繞火(huo)星(xing)的方式對預(yu)選著(zhu)陸(lu)地點進行(xing)探測。

在將近3個月的時間里，“天問一號”在火(huo)星停泊軌道(dao)上(shang)“兜圈”式飛(fei)掠，不停地(di)鳥瞰著(zhu)陸點——烏托邦(bang)平原。借助攜帶的相(xiang)機(ji)和光譜(pu)儀(yi)，它看(kan)清了火(huo)星的地(di)形地(di)貌，監(jian)測到(dao)(dao)了火(huo)星沙(sha)塵暴的當季動向(xiang)，也看(kan)到(dao)(dao)了著(zhu)陸地(di)區的坡度、凹坑等。

科研人員根據觀察到的最新情況，不停地(di)完善火星著(zhu)陸方案，避(bi)開惡劣(lie)的火星天(tian)氣，選擇一個“風和日(ri)麗”的日(ri)子實施(shi)火星著(zhu)陸計劃。

自主闖險關

北京航天飛行控制中心(xin)，隨著“天問(wen)一號”兩兄弟分離(li)，科研人員也進入(ru)了(le)最后的(de)忙碌時間(jian)。很快，著陸巡(xun)視(shi)(shi)器將迎(ying)來火星著陸的(de)挑(tiao)戰(zhan)。其間(jian)，信(xin)號會被等離(li)子鞘層切斷，“天問(wen)一號”將短暫失聯，所(suo)有的(de)難(nan)關只能(neng)靠著陸巡(xun)視(shi)(shi)器自(zi)主去闖。

此刻的航天科技工作(zuo)者就像一位丈夫，妻子即將進入(ru)產房，他等候在門外，能做的已經(jing)很少，但抑制(zhi)不(bu)住興奮和緊張。

火(huo)星著(zhu)(zhu)陸素有(you)“黑色7分鐘(zhong)”的說法，最早起源于(yu)美國火(huo)星探測(ce)任(ren)務，揭示著(zhu)(zhu)陸過程(cheng)的險象環生，具體耗時卻(que)不盡相同。中(zhong)國“天問一號”任(ren)務中(zhong)，探測(ce)器從進(jin)入大氣(qi)到著(zhu)(zhu)陸火(huo)星，全程(cheng)預計9分鐘(zhong)。

 

火星稀薄的(de)大(da)氣屏(ping)障曾讓(rang)數個人類探測器殞(yun)命。一頭扎進不可知的(de)大(da)氣環(huan)境，是(shi)世界一半以(yi)上火星探測器著陸失敗的(de)主(zhu)要(yao)原因。天問一號在贏得榮譽之(zhi)前，先(xian)要(yao)經受世所(suo)罕見(jian)的(de)殘酷考驗(yan)。

事(shi)實上，我(wo)國雖(sui)未著陸火星，卻(que)有類似的技(ji)術(shu)基(ji)礎。我(wo)國“神舟”系列飛(fei)船曾多次成(cheng)功從太空返回(hui)地球，“嫦(chang)娥”系列探測器也曾多次實現月球軟著陸，這些都意味著我(wo)國已熟練掌(zhang)握降落(luo)傘減(jian)速、動力反推減(jian)速等技(ji)術(shu)。

但這些(xie)技術能不能照(zhao)搬到火星著陸上來(lai)？答案是(shi)否定的。

主要是因為(wei)火(huo)(huo)星大(da)氣(qi)環(huan)境的特殊(shu)性。火(huo)(huo)星有(you)一層稀薄(bo)的大(da)氣(qi)，這使(shi)得火(huo)(huo)星著(zhu)陸與(yu)登(deng)陸月球(qiu)相比，不能僅僅采用動力反(fan)推的方式(shi)，還(huan)需增加氣(qi)動減速(su)和傘系減速(su)等環(huan)節，因而著(zhu)陸控制更為(wei)復雜。而地球(qiu)雖(sui)然也有(you)大(da)氣(qi)層，卻與(yu)火(huo)(huo)星不同。

根據目前掌握的資料，火星(xing)表面常有風沙和塵暴，會對(dui)著陸火星(xing)產(chan)生致(zhi)命干擾，但對(dui)其具(ju)體運行規律卻知之甚少。

另一(yi)個(ge)難點在于，當火星(xing)探測進(jin)行(xing)到著(zhu)(zhu)陸這最為(wei)兇險的一(yi)步時，探測器與地(di)球卻是完全(quan)失聯的。火星(xing)探測器總體主任(ren)設計師王闖介紹(shao)，首先(xian)，探測器高(gao)速再入(ru)時，和(he)稀薄大氣積壓產生沖(chong)擊波，形成等離子(zi)鞘層(ceng)，導致通信(xin)中斷(duan)；其次，因(yin)為(wei)火地(di)距離3.2億公里，無線電信(xin)號一(yi)來一(yi)回要35分(fen)鐘(zhong)，著(zhu)(zhu)陸過程卻只有(you)短短幾分(fen)鐘(zhong)，人根本來不及干預。

兩萬公里到零的降速

7時(shi)許(xu)，天(tian)問一號(hao)著(zhu)陸巡視器飛向火星大氣(qi)層(ceng)，“驚(jing)心動魄9分(fen)鐘(zhong)”拉開(kai)序(xu)幕(mu)。此前人(ren)類21次嘗(chang)試(shi)著(zhu)陸火星，美國取得(de)8次成功，蘇(su)聯(lian)火星三號(hao)著(zhu)陸20秒后失(shi)聯(lian)，其他嘗(chang)試(shi)均告失(shi)敗。現在，中(zhong)國隊(dui)來到賽道。

著(zhu)陸巡視器快速沖向火(huo)星，時(shi)速高(gao)達2萬(wan)(wan)公里(li)，約為“和諧號”高(gao)鐵(tie)時(shi)速的70倍。從火(huo)星上空到(dao)達火(huo)星表面，總共只有不(bu)到(dao)10分(fen)鐘，如何在這么短(duan)時(shi)間里(li)把速度從2萬(wan)(wan)公里(li)降(jiang)到(dao)零？火(huo)星著(zhu)陸的終極手(shou)段是降(jiang)速。

“天問一(yi)號(hao)”任(ren)務火星著陸(lu)共分為4個階段(duan)：氣動減速(su)段(duan)、傘系減速(su)段(duan)、動力(li)減速(su)段(duan)、懸(xuan)停避障與緩速(su)下降段(duan)。火星著陸(lu)過程(cheng)復雜、動作繁多，環環相扣(kou)、步(bu)步(bu)驚心，一(yi)招出錯、全盤皆輸。

第(di)一(yi)階段為氣動減速段，火(huo)星既有的稀薄大(da)氣與進(jin)入(ru)艙(cang)產生摩(mo)擦實現(xian)減速。著陸巡視器被裝在進(jin)入(ru)艙(cang)中，進(jin)入(ru)艙(cang)分為背罩和(he)大(da)底(di)，大(da)底(di)是一(yi)個盾形結構，飛入(ru)大(da)氣層(ceng)時(shi)，大(da)底(di)斜向下對抗(kang)沖擊和(he)燒蝕。

航天科技集(ji)團的研制(zhi)團隊進(jin)行(xing)了大(da)量(liang)風洞試(shi)驗，從(cong)積累基礎數據開始，最終完成了進(jin)入艙氣動外形和熱(re)防護的研究、設計。

氣動(dong)減(jian)(jian)(jian)(jian)速(su)(su)階(jie)段有一(yi)個(ge)環節(jie)是展開配平翼，目的是減(jian)(jian)(jian)(jian)少探測器(qi)的晃動(dong)，給后續打開降(jiang)落傘創造更好(hao)的條件。氣動(dong)減(jian)(jian)(jian)(jian)速(su)(su)過程(cheng)克(ke)服了(le)高溫和姿(zi)態偏差，約(yue)5分鐘減(jian)(jian)(jian)(jian)速(su)(su)后，著陸(lu)巡視器(qi)的下降(jiang)速(su)(su)度也減(jian)(jian)(jian)(jian)掉(diao)了(le)90%左右，降(jiang)到每秒約(yue)460米。這時，著陸(lu)巡視器(qi)距離(li)火(huo)星表面(mian)約(yue)11公(gong)里，著陸(lu)進入了(le)第二階(jie)段——傘系減(jian)(jian)(jian)(jian)速(su)(su)段。

如果能夠順(shun)利打開降(jiang)(jiang)落(luo)傘(san)(san)，火星著(zhu)陸就成功了90%。開傘(san)(san)過程很(hen)巧妙(miao)。降(jiang)(jiang)落(luo)傘(san)(san)裝在彈傘(san)(san)筒中(zhong)，彈傘(san)(san)筒有(you)單門冰箱大小(xiao)，裝在進入艙背罩(zhao)的(de)正下方。收(shou)到控制(zhi)系統發出(chu)的(de)點火指(zhi)令后，彈傘(san)(san)筒中(zhong)的(de)火藥(yao)點燃(ran)，產生的(de)高壓燃(ran)氣(qi)推動傘(san)(san)包沖開筒蓋(gai)，飛出(chu)進入艙。隨后，降(jiang)(jiang)落(luo)傘(san)(san)以倒拉的(de)方式展(zhan)開。這頂降(jiang)(jiang)落(luo)傘(san)(san)是(shi)我國(guo)首次(ci)亮(liang)相的(de)鋸齒形盤縫帶(dai)傘(san)(san)型，展(zhan)開面積達(da)到200平方米。很(hen)快，它充氣(qi)張滿，48根(gen)黃(huang)色傘(san)(san)繩拉得筆直。

著(zhu)陸火星，我國要首次(ci)在超聲速、低密度(du)(du)、低動壓的條(tiao)件(jian)下開傘(san)，以往航天器的降(jiang)落(luo)傘(san)不(bu)(bu)(bu)適合在火星使用，要么是(shi)不(bu)(bu)(bu)能在超聲速下完成(cheng)對降(jiang)落(luo)傘(san)的穩定充(chong)氣(qi)，要么是(shi)不(bu)(bu)(bu)能滿足低密度(du)(du)低動壓條(tiao)件(jian)下的穩定性(xing)需求。針對火星探測任務(wu)，降(jiang)落(luo)傘(san)設計師首次(ci)設計使用了鋸齒(chi)形盤縫帶(dai)傘(san)型，并采用了新研制的特紡(fang)材料，創新了傘(san)繩插(cha)接工藝，提高了降(jiang)落(luo)傘(san)的強度(du)(du)與可靠性(xing)。

隨著紅白色巨型降落(luo)傘的展開，著陸巡視器下降變(bian)得更(geng)慢(man)，隨后進(jin)入艙的大底拋開，承載著“祝融(rong)號”火(huo)星(xing)車的著陸平臺率先與火(huo)星(xing)打了(le)照面。

“祝融”穩落火星

降落傘(san)把速(su)度(du)降到每秒(miao)約(yue)95米，著陸(lu)巡(xun)(xun)視(shi)器(qi)距離火星(xing)表面1～2公(gong)里，此時(shi)，降落傘(san)攜帶進入(ru)艙(cang)的背罩與著陸(lu)巡(xun)(xun)視(shi)器(qi)分離。“祝融”露出頭(tou)來，呼吸到了(le)火星(xing)上(shang)的新(xin)鮮大氣。

但降落還沒有停止，驚心動魄時刻并未結束，此(ci)時，推(tui)進(jin)系(xi)統開始擔綱主力，火星著陸進(jin)入第三個階段——動力減速段。

天問一號著陸巡視(shi)器(qi)(qi)推(tui)進分(fen)系統主任設(she)計(ji)師韓泉東介紹，著陸巡視(shi)器(qi)(qi)上配(pei)置(zhi)了1臺(tai)(tai)7500牛變推(tui)力發動機(ji)和26臺(tai)(tai)姿控發動機(ji)。

其(qi)中，7500牛變推力發動機(ji)(ji)安裝(zhuang)在著(zhu)陸平臺(tai)的正下方，為該階段減(jian)速提供(gong)主要(yao)動力；8臺(tai)250牛發動機(ji)(ji)方向與(yu)主發動機(ji)(ji)一致，配合主發動機(ji)(ji)實施減(jian)速；8臺(tai)水平安裝(zhuang)的250牛發動機(ji)(ji)可用于橫向平移(yi)；其(qi)余姿控發動機(ji)(ji)均用于精確姿態控制。

在(zai)多臺發(fa)動機(ji)的作用下，著陸下降(jiang)速度從每秒(miao)約95米(mi)降(jiang)至每秒(miao)約1.5米(mi)。

距離火(huo)星(xing)表面100米時，著陸巡視(shi)器(qi)懸停(ting)了下來，但還不是(shi)休(xiu)息的時候，火(huo)星(xing)著陸過程進(jin)入到最后一個階(jie)段——懸停(ting)避障與(yu)緩速下降(jiang)段。

人類(lei)探(tan)(tan)(tan)索火星的(de)減速(su)方(fang)式大(da)致相似，但到了最后(hou)一(yi)步，距離火星咫(zhi)尺(chi)之(zhi)遙時，方(fang)式開(kai)始多樣(yang)起來。綜觀以往，最后(hou)一(yi)步大(da)致可分(fen)為氣囊(nang)彈跳式、反推(tui)著(zhu)陸腿式和空中(zhong)吊(diao)車式。氣囊(nang)彈跳式適合小重量探(tan)(tan)(tan)測器(qi)著(zhu)陸要求，反推(tui)著(zhu)陸腿式可滿(man)足(zu)重量較大(da)的(de)探(tan)(tan)(tan)測器(qi)在火星軟著(zhu)陸要求，空中(zhong)吊(diao)車式可滿(man)足(zu)重量更大(da)的(de)探(tan)(tan)(tan)測器(qi)軟著(zhu)陸要求。

我(wo)國天(tian)問一號(hao)(hao)著(zhu)(zhu)陸(lu)(lu)巡(xun)視器(qi)(qi)采(cai)用的(de)是反推著(zhu)(zhu)陸(lu)(lu)腿式(shi)在(zai)火星(xing)(xing)表(biao)面(mian)軟(ruan)著(zhu)(zhu)陸(lu)(lu)，這同(tong)我(wo)國探月(yue)工程嫦(chang)娥三號(hao)(hao)和嫦(chang)娥四(si)號(hao)(hao)著(zhu)(zhu)陸(lu)(lu)月(yue)面(mian)的(de)方式(shi)類似。懸停在(zai)空(kong)中后，著(zhu)(zhu)陸(lu)(lu)巡(xun)視器(qi)(qi)搭載的(de)微波(bo)測距測速敏感(gan)器(qi)(qi)、光(guang)學相機等6臺儀器(qi)(qi)都同(tong)時開啟，對火星(xing)(xing)表(biao)面(mian)進行觀察(cha)和分(fen)析，判斷(duan)出(chu)火星(xing)(xing)表(biao)面(mian)哪里(li)更平(ping)整，在(zai)哪里(li)“落腳”更安全。

這一步同樣關(guan)鍵，如(ru)果著陸(lu)地(di)點(dian)選不好，前面所有(you)努(nu)力或許(xu)都會付諸東流(liu)。此時，在推(tui)進系(xi)統提供(gong)的連續(xu)可調的軸(zhou)向(xiang)推(tui)力和強勁的橫向(xiang)推(tui)力作(zuo)用(yong)下(xia)，著陸(lu)巡視器尋找最優著陸(lu)點(dian)，選擇更加(jia)平坦的地(di)形，確認最終(zhong)著陸(lu)位置，實施緩速下(xia)降(jiang)。

7時18分，4條(tiao)著(zhu)(zhu)陸腿與火(huo)星表面(mian)第一次親密接觸。觸地后，帶有(you)緩沖裝(zhuang)置的4條(tiao)著(zhu)(zhu)陸腿有(you)效抵擋了著(zhu)(zhu)陸瞬間的沖擊(ji)力(li)，在與推進系統共同作用下，重(zhong)1.3噸的著(zhu)(zhu)陸巡視器穩穩地落在火(huo)星烏(wu)托邦平(ping)原南部(bu)的預定著(zhu)(zhu)陸區域。

闖(chuang)過“驚心(xin)動魄9分(fen)鐘”，中(zhong)國(guo)首個火星探測器(qi)平(ping)(ping)安抵達火星表面。從上空(kong)俯瞰，“祝(zhu)融號(hao)”像一(yi)只展翅的大(da)鵬，駛下(xia)著陸平(ping)(ping)臺(tai)，在火星表面軋(ya)下(xia)第一(yi)道(dao)“中(zhong)國(guo)印”。

【責任編輯：家正】