5月15日7時(shí)18分，一個(gè)會(huì )被歷史銘記的時(shí)刻，紅色火星上首次有了中國印跡。
“天問(wèn)一號”著(zhù)陸巡視器成功著(zhù)陸于火星烏托邦平原南部預選著(zhù)陸區，我國首次火星探測任務(wù)著(zhù)陸火星取得圓滿(mǎn)成功。
當天凌晨1時(shí)許，“天問(wèn)一號”探測器在停泊軌道實(shí)施降軌，機動(dòng)至火星進(jìn)入軌道。4時(shí)許，著(zhù)陸巡視器與環(huán)繞器分離，歷經(jīng)約3小時(shí)飛行后，進(jìn)入火星大氣，經(jīng)過(guò)約9分鐘的減速、懸停避障和緩沖，成功軟著(zhù)陸于預選著(zhù)陸區。兩器分離約30分鐘后，環(huán)繞器進(jìn)行升軌，返回停泊軌道，為著(zhù)陸巡視器提供中繼通信。后續，“祝融號”火星車(chē)將依次開(kāi)展對著(zhù)陸點(diǎn)全局成像、自檢、駛離著(zhù)陸平臺并開(kāi)展巡視探測。
“恐怖9分鐘”的考驗
自2020年7月23日成功發(fā)射以來(lái)，“天問(wèn)一號”在地火轉移階段完成了1次深空機動(dòng)和4次中途修正，于2021年2月10日成功實(shí)施火星捕獲，進(jìn)入大橢圓環(huán)火軌道，成為我國第一顆人造火星衛星。2月24日，“天問(wèn)一號”探測器成功實(shí)施第三次近火制動(dòng)，進(jìn)入周期為2個(gè)火星日的火星停泊軌道后，對火星開(kāi)展全球遙感探測，并對預選著(zhù)陸區進(jìn)行詳查，探測分析地形地貌、沙塵天氣等，為著(zhù)陸火星做準備。
著(zhù)陸火星是此次火星之旅的最大挑戰，其難度被形容為相當于從巴黎打一個(gè)高爾夫球，正好落到東京的洞里。因此，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為最為兇險、最為驚心動(dòng)魄的“恐怖9分鐘”。目前，人類(lèi)火星探測任務(wù)成功率僅有五成左右，大部分都折戟在“進(jìn)入/下降/著(zhù)陸(簡(jiǎn)稱(chēng)EDL)”這一階段。
“火星探測最大的難點(diǎn)就是EDL，這個(gè)過(guò)程需要融合氣動(dòng)外形、降落傘、發(fā)動(dòng)機、多級減速和著(zhù)陸反沖等多項技術(shù)才能實(shí)施軟著(zhù)陸。每個(gè)環(huán)節都必須確保精準無(wú)誤，差一秒都可能造成整個(gè)任務(wù)的失敗?！焙教炜萍技瘓F五院“天問(wèn)一號”探測器總設計師孫澤洲說(shuō)。
雖然此前我國已有月表著(zhù)陸經(jīng)驗，但是此次“天問(wèn)一號”火星軟著(zhù)陸任務(wù)更加艱難。一方面，火星表面存在大氣(火星大氣的密度是地球大氣的1%左右)，因此火星比月球表面有更復雜的環(huán)境；另一方面火星離地球距離更加遙遠，通信時(shí)延達到20分鐘左右，因此整個(gè)著(zhù)陸過(guò)程相距遙遠的地表來(lái)不及做任何處置，只能靠“天問(wèn)一號”自主完成。
航天科技集團五院總體設計部火星巡視器總體主任設計師陳百超表示：“我國是首次實(shí)施火星探測任務(wù)，對火星的環(huán)境，特別是大氣，類(lèi)似這些參數，我們沒(méi)有一手數據。所以相當于我們到了一個(gè)完全未知的環(huán)境，這種難度可想而知?！?/p>
整個(gè)過(guò)程中，“天問(wèn)一號”在9分鐘內將約2萬(wàn)千米/小時(shí)的速度降至零。
據航天五院總體設計部火星探測器總體主任設計師王闖介紹，“天問(wèn)一號”在進(jìn)入火星大氣層以后首先借助火星大氣，進(jìn)行氣動(dòng)減速，這個(gè)過(guò)程它克服了高溫和姿態(tài)偏差，氣動(dòng)減速完成后“天問(wèn)一號”的下降速度也減掉了90%左右。緊接著(zhù)“天問(wèn)一號”打開(kāi)降落傘，進(jìn)行傘系減速降速，當速度降至100米/秒時(shí)，“天問(wèn)一號”通過(guò)反推發(fā)動(dòng)機進(jìn)行減速，由大氣減速階段進(jìn)入動(dòng)力減速階段。在距離火星地表100米時(shí)，“天問(wèn)一號”進(jìn)入懸停階段，著(zhù)陸巡視器在緩沖機構的保護下，抵達火星表面。
“天問(wèn)一號”的五大使命
成功著(zhù)陸后，“繞”“著(zhù)”“巡”的串聯(lián)任務(wù)終于進(jìn)行到最后一步。著(zhù)陸后，進(jìn)入艙將著(zhù)陸信息通過(guò)環(huán)繞器轉發(fā)地面。進(jìn)入艙和火星車(chē)先后完成坡道及太陽(yáng)翼天線(xiàn)展開(kāi)，火星車(chē)在第一時(shí)間將成功展開(kāi)的消息傳回地面。一切準備就緒后，火星車(chē)將自主駛離進(jìn)入艙，抵達火面，開(kāi)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(xué)領(lǐng)域的突破。
除了常規的通訊、能量來(lái)源(太陽(yáng)能帆板)、支撐結構、動(dòng)力系統等部分外，“天問(wèn)一號”整體上攜帶了13種科學(xué)載荷，其中7個(gè)在火星上空的環(huán)繞器上，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。6臺分布在火星車(chē)上，分別是多光譜相機、次表層探測雷達、火星表面成分探測儀、火星表面磁場(chǎng)探測儀、火星氣象測量?jì)x、地形相機。
它們共有五大使命，主要涉及火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結構等研究，將給中國帶來(lái)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(fēng)速和風(fēng)向的大氣數據，并研究火星的磁場(chǎng)和重力場(chǎng)，這些也將解答大眾的好奇——火星究竟是什么樣的氣候。
本報記者 付毅飛 操秀英 【編輯:田博群】
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