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今天（5月15日）清晨，我國(guó)“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器著陸平臺(tái)攜帶著祝融號(hào)火星車(chē)穩(wěn)穩(wěn)降落在首選落點(diǎn)——火星北半球的烏托邦平原（東經(jīng)109.7度，北緯25.1度），標(biāo)志著我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)成功著陸。

著陸過(guò)程“步步驚心”全程靠“自主”！

自此，繼蘇聯(lián)和美國(guó)之后，中國(guó)成為了第三個(gè)成功著陸火星的國(guó)家。

著陸點(diǎn)

為了這一天，這輛以中國(guó)神話傳說(shuō)中火神命名的小車(chē)，從地球出發(fā)跋涉數(shù)億公里而來(lái)，繞著火星等待了足足三個(gè)多月。

據(jù)航天科技集團(tuán)五院“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器產(chǎn)品保證經(jīng)理饒煒介紹，“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器自2020年7月23日成功發(fā)射，精確入軌后，已按預(yù)定飛行程序在軌飛行了約295天；自2021年2月10日成功環(huán)繞火星后，相繼完成了著陸區(qū)預(yù)探測(cè)、軌道維持、自檢等關(guān)鍵飛行控制任務(wù)，期間，能源平衡，狀態(tài)穩(wěn)定，各分系統(tǒng)工作正常。

5月15日凌晨2時(shí)多，“天問(wèn)一號(hào)”在火星停泊軌道上進(jìn)入著陸窗口，隨后探測(cè)器實(shí)施降軌，環(huán)繞器與著陸巡視器開(kāi)始器器分離，繼而環(huán)繞器升軌返回停泊軌道，著陸巡視器運(yùn)行到距離火星表面125千米高度的進(jìn)入點(diǎn)，開(kāi)始進(jìn)入火星大氣，并最終軟著陸在火星表面。

“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器從火星大氣層外緣通過(guò)軟著陸的方式降落到火星表面，整個(gè)著陸過(guò)程步步驚心，技術(shù)十分復(fù)雜。

天問(wèn)一號(hào)著陸過(guò)程解析

著陸過(guò)程大致分為以下幾個(gè)步驟。先是探測(cè)器瞄準(zhǔn)進(jìn)入火星大氣層的一個(gè)狹窄的進(jìn)入走廊，接著氣動(dòng)減速，然后火星專(zhuān)用降落傘展開(kāi)；待降落傘完成使命后，探測(cè)器拋掉大底和背罩，露出著陸平臺(tái)和火星車(chē)；大推力發(fā)機(jī)動(dòng)開(kāi)始工作，探測(cè)器觀察地面，尋找最安全的具體著陸地點(diǎn)；最后四條著陸腿穩(wěn)穩(wěn)降落在火星表面。

整個(gè)過(guò)程，短暫又復(fù)雜，地面完全沒(méi)有干預(yù)的機(jī)會(huì)，完全靠“天問(wèn)一號(hào)”自主決定各個(gè)動(dòng)作執(zhí)行的時(shí)機(jī)。

更詳細(xì)的著陸過(guò)程，按目前公布的時(shí)序來(lái)看，天問(wèn)一號(hào)整個(gè)著陸過(guò)程經(jīng)歷六個(gè)階段，從第二階段直至著陸大約需要8-9分鐘：

1）著陸準(zhǔn)備段：環(huán)繞器調(diào)整姿態(tài)和軌道，與裝著著陸巡視組合體的氣動(dòng)外罩分離；

圖源：科普中國(guó)/Kerwis團(tuán)隊(duì)

2）氣動(dòng)減速段：氣動(dòng)外罩以4.8公里/秒的速度和合適的角度進(jìn)入大氣層，利用大氣摩擦減速到460米/秒；

圖源：科普中國(guó)/Kerwis團(tuán)隊(duì)

3）傘系減速段：在約11公里高度處打開(kāi)降落傘，利用降落傘進(jìn)一步減速到約95米/秒。這一階段內(nèi)還會(huì)完成一系列操作，包括拋掉底部隔熱盾，打開(kāi)著陸平臺(tái)的著陸腿，拋掉背罩和降落傘等；

圖源：科普中國(guó)/Kerwis團(tuán)隊(duì)

4）動(dòng)力減速段：利用著陸平臺(tái)底部的7500N發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火產(chǎn)生的反沖力，將速度進(jìn)一步降到約1.5米/秒；

圖源：CNSA

5）懸停避障段：在距離火星表面100米高度處將速度減到0，達(dá)到相對(duì)于表面靜止的懸停狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)下調(diào)整水平位置，避開(kāi)腳下的障礙物；

6）緩沖著陸段：依靠著陸腿緩沖，著陸平臺(tái)穩(wěn)穩(wěn)地落在火星表面。

后三個(gè)階段和嫦娥三號(hào)、四號(hào)著陸過(guò)程是相似的。

天問(wèn)一號(hào)的“恐怖八分鐘” | 航天科技集團(tuán)

天問(wèn)一號(hào)的成功著陸，是中國(guó)航天史上新的里程碑，標(biāo)志著中國(guó)已經(jīng)掌握了安全著陸火星的一系列復(fù)雜技術(shù)，也意味著中國(guó)“后發(fā)先至”，在兩度挑戰(zhàn)火星著陸失敗的歐空局之前完成了火星著陸，成為繼蘇美之后第三個(gè)成功著陸火星的國(guó)家/組織。

現(xiàn)在還只是天問(wèn)一號(hào)的著陸平臺(tái)踏上了火星，等再過(guò)幾天，祝融號(hào)火星車(chē)將從著陸平臺(tái)上駛下，開(kāi)展巡視工作之后，這個(gè)紀(jì)錄還能再次刷新：中國(guó)將有望超越蘇聯(lián)，成為繼美國(guó)之后世界第二個(gè)成功著陸火星并順利開(kāi)展探測(cè)工作的國(guó)家/組織。

祝融號(hào)帶了啥好東西？要做什么事？

火星車(chē)共攜帶了六種科學(xué)儀器：導(dǎo)航與地形相機(jī)（NaTeCam）、多光譜相機(jī)（MSCam）、火星表面成分探測(cè)儀（MarSCoDe）、火星車(chē)磁強(qiáng)計(jì)（RoMAG）、次表層雷達(dá)（RoPeR）和火星氣象站（MCS）。

注意，這里說(shuō)的都是“科學(xué)”儀器，事實(shí)上探測(cè)器還會(huì)攜帶諸多工程儀器，例如避障相機(jī)、監(jiān)視相機(jī)、慣導(dǎo)裝置等等。

祝融號(hào)火星車(chē)科學(xué)儀器大致位置。火星車(chē)高約1.85米，重240公斤。圖中火星車(chē)外形與實(shí)物有一定差異

其中，一對(duì)導(dǎo)航與地形相機(jī)位于火星車(chē)桅桿頂端，是火星車(chē)的“雙眼”，可以拍攝立體影像，負(fù)責(zé)幫助火星車(chē)導(dǎo)航和探測(cè)火星車(chē)沿途的地形地貌。

多光譜相機(jī)和表面成分探測(cè)儀負(fù)責(zé)探測(cè)和分析火星表面的巖石類(lèi)型、礦物成分。

美國(guó)的好奇號(hào)和毅力號(hào)火星車(chē)各有一個(gè)炫酷的“激光炮”——它們的化學(xué)相機(jī)（ChemCam）和超級(jí)相機(jī)（SuperCam）使用了一種叫做激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）的技術(shù)。

祝融號(hào)的表面成分探測(cè)儀也用了這項(xiàng)技術(shù)：通過(guò)向目標(biāo)物發(fā)射高能激光脈沖，探測(cè)燒蝕激發(fā)出的等離子體冷卻過(guò)程中的特征光譜，進(jìn)而遠(yuǎn)程探測(cè)出目標(biāo)物的化學(xué)成分。

（左）好奇號(hào)化學(xué)相機(jī)（ChemCam）的工作原理示意圖；（右）好奇號(hào)化學(xué)相機(jī)探測(cè)目標(biāo)物中含有的化學(xué)成分示例 | NASA

祝融號(hào)火星車(chē)攜帶了2個(gè)磁強(qiáng)計(jì)，分別位于桅桿的頂端和底端，負(fù)責(zé)探測(cè)火星表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

火星沒(méi)有地球、水星那樣內(nèi)部自發(fā)的偶極磁場(chǎng)，但火星的殼層還有一些剩磁。

祝融號(hào)的探測(cè)結(jié)果既能幫助我們了解火星殼層剩磁的信息，也能與天問(wèn)一號(hào)環(huán)繞器攜帶的磁強(qiáng)計(jì)探測(cè)結(jié)果相結(jié)合，幫助我們了解太陽(yáng)風(fēng)與火星高層大氣/電離層的相互作用。

這也將是首個(gè)火星表面可移動(dòng)的磁場(chǎng)探測(cè)儀器。

（上）火星全球探勘者號(hào)（MGS）在400公里高處獲取的火星殼層磁場(chǎng)分布，火星剩磁有著明顯的南北不對(duì)稱(chēng)性，主要分布在南半球

（下）祝融號(hào)火星磁強(qiáng)計(jì)傳感器的結(jié)構(gòu)和封裝后的外觀

次表層雷達(dá)通過(guò)主動(dòng)發(fā)射和接收電磁波信號(hào)來(lái)探測(cè)火星車(chē)沿途地下的淺表層結(jié)構(gòu)，例如風(fēng)化層厚度、地下淺層結(jié)構(gòu)、水冰分布等。

次表層雷達(dá)主要原理是：不同物質(zhì)的介電常數(shù)（可以簡(jiǎn)單理解為讓電磁波衰減的能力）不同，因此探測(cè)器收到的從不同物質(zhì)分界面反射回來(lái)的電磁波的時(shí)間和強(qiáng)度就會(huì)不同；反過(guò)來(lái)，通過(guò)測(cè)量到的雷達(dá)接收時(shí)間和反射強(qiáng)度，就可以反推這些雷達(dá)信號(hào)穿過(guò)了哪些不同的物質(zhì)，每層物質(zhì)有多厚。

次表層雷達(dá)的工作原理 | 中科院電子所

與嫦娥三號(hào)、四號(hào)的測(cè)月雷達(dá)相似，祝融號(hào)也搭載了2個(gè)不同頻率的次表層雷達(dá)，高頻雷達(dá)探測(cè)淺部，低頻雷達(dá)探測(cè)深部，這樣可以兼顧探測(cè)深度和探測(cè)分辨率。

祝融號(hào)的低頻和高頻雷達(dá)天線

除了祝融號(hào)火星車(chē)，天問(wèn)一號(hào)環(huán)繞器和NASA毅力號(hào)火星車(chē)也攜帶了次表層雷達(dá)。綜合分析多個(gè)雷達(dá)的探測(cè)數(shù)據(jù)，可以幫助我們了解火星上不同區(qū)域、不同深度的次表層結(jié)構(gòu)。

毅力號(hào)和天問(wèn)一號(hào)環(huán)繞器的次表層雷達(dá) | NASA、CNSA

火星氣象站可以通過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)火星車(chē)附近的氣溫、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象參數(shù)，為我們了解火星的氣象狀況，追溯火星的氣候變化歷史積累數(shù)據(jù)。

祝融號(hào)的火星氣象傳感器

火星氣象站是火星著陸任務(wù)的常備組件，如今正在火星表面工作的好奇號(hào)火星車(chē)、洞察號(hào)著陸器、毅力號(hào)火星車(chē)，都在長(zhǎng)期記錄和播報(bào)所在地的氣象數(shù)據(jù)。接下來(lái)祝融號(hào)的加入，會(huì)讓火星氣象網(wǎng)新增一個(gè)移動(dòng)站點(diǎn)（說(shuō)不定就叫“祝融站”呢~）

本文綜合整理自：果殼網(wǎng)、人民網(wǎng)、科普中國(guó)、EETOP等