两器分离如何完成？航天八院专家解密“完美落火”背后风险点

　　两器分离的过程可谓“步步惊心” 本文图片均由 中国航天科技集团 供图

　　而在5月15日这次具有里程碑意义的“落火”大戏中，令人难忘的却是“两器分离”，它的成功上演，确保了着陆巡视器得以完成后续一连串完美的落轨、下降、悬停、避障、落地动作，在火星表面第一次留下中国印迹。

　　这次在火星停泊轨道上的“两器分离”是如何完成的？风险点在哪里？降落中又经历了哪些惊心动魄的过程？上海航天八院的专家透露了个中细节。

　　分离前，“天问一号”火星探测器在周期为两个火星日的停泊轨道上运行，在到达近火点前约6小时，八院抓总研制的环绕器4台120N发动机点火约两分多钟，实施降轨机动，进入火星大气进入轨道，之后转为两器（环绕器、着陆巡视器）分离姿态，并执行两器分离动作。

　　据八院专家介绍，两器分离经过了“降轨、分离、升轨”三步曲，可谓步步惊心。

　　首先，“天问一号”要实施降轨机动，环绕器上的发动机点火，降低探测器近火点高度。然后，“天问一号”在距离火星表面约125公里前，实现环绕器和着陆巡视器的分离。两器到达安全距离后，环绕器点火提升轨道至中继轨道，环绕器升轨的同时，实时拍摄监测着陆巡视器的下降过程。接着，着陆巡视器调整姿态，防热大底朝前，沿着进入火星大气的轨道滑行，瞄准进入火星大气层的一个窄窄的进入走廊，着陆巡视器与火星大气层形成的这一夹角非常关键，角度太大会导致与大气摩擦温度升高过于剧烈，角度太小又实现不了进入火星大气层的目标。

　　专家指出，如果降轨偏差过大，会影响着陆巡视器进入火星大气时进入角、经纬度等参数，最终影响着陆巡视器进入火星大气后的着陆过程，遇到此情况，地面可以终止分离流程；分离有问题，探测器能够自主判断取消分离，继续携带着陆巡视器飞行，等待后续着陆机会；分离成功，但环绕器升轨近火点高度不够，会有进入火星大气坠毁的风险，这些都是两器分离及着陆过程的风险点所在。

　　着陆巡视器和环绕器分离后，继续沿火星大气进入轨道飞行，分离后再经过3个多小时进入火星大气，依靠气动外形减速、降落伞减速、发动机减速、悬停避障，最终安全着陆在火星表面。环绕器则在分离半小时后进行升轨机动，返回停泊轨道。

　　进入火星大气时，着陆巡视器的速度可达每秒4.8千米，相当于子弹出膛速度的6倍

　　在着陆巡视器距离火星10公里左右时，打开携带的超音速降落伞

　　据专家介绍，着陆巡视器进入气动减速阶段是最主要的减速阶段。进入火星大气时，着陆巡视器的速度可达每秒4.8千米，相当于子弹出膛速度的6倍。着陆巡视器进入火星大气后，要进行升力体制导和展开配平翼，以便更好地利用火星大气的阻力，使陆巡视器防热大底和火星大气的不断摩擦来减速。经5分钟的减速之后，着陆巡视器的速度下降到每秒460米，速度降低将近90%。

　　当速度降至100米/秒时，降落伞就基本完成了使命，此后着陆巡视器把大底和背罩抛掉，露出着陆平台和火星车

　　在着陆巡视器距离火星10公里左右时，打开携带的超音速降落伞。在降落伞的帮助下，着陆巡视器的速度下降到每秒100米以下。在这1分多钟的时间里，火星大气层中风的速度和方向，对落“火”的精度影响很大，有些时候甚至影响落“火”安全。

　　在距离火星高度100米的时候，借助降落发动机进行悬停

　　当速度降至100米/秒时，降落伞就基本完成了使命，此后着陆巡视器把大底和背罩抛掉，露出着陆平台和火星车。平台上的7500牛变推力降落发动机开始点火工作，进一步减小着陆巡视器的下降速度，它用80秒把速度减小到3.6米/秒，同时保持姿态稳定，对地雷达随机开机，并展开着陆缓冲机构的四条着陆腿。

　　在距离火星高度100米的时候，借助降落发动机进行悬停，同时对火面进行成像，然后挑选相对平坦的区域进行降落。

　　在最后的落“火”瞬间，利用四条着陆腿里的缓冲吸能材料，把着陆时的冲击力缓冲掉，确保着陆巡视器平稳着陆在火星表面。

　　在最后的落“火”瞬间，利用四条着陆腿里的缓冲吸能材料，把着陆时的冲击力缓冲掉，确保着陆巡视器平稳着陆在火星表面。

　　在整个落“火”过程中，由于地火距离非常遥远，使得地火通信延时单程超过17分钟。在落“火”过程中着陆巡视器和地面“指挥部”处于“失联”状态，它需按照事先制定的预案，自主完成进入、下降和着陆的这一系列极为复杂的动作，不能有半点失误，因为这个过程无法依靠地面进行实时的控制和干预。

　　蝴蝶状的火星车——“祝融号”

　　落“火”短短的9分多钟，着实让人惊心动魄，后续，随着火星车展开深蓝色的翅膀，缓缓驶下着陆平台，蝴蝶状的火星车——“祝融号”将带着国人的期望与寄托，在火星这颗红色的星球上展开科学探索。