科学时光机 | 这一天，火星探测器“天问一号”成功在火星软着陆

2020年7月23日，在我国文昌航天发射场，“天问一号”火星探测器搭乘“长征五号遥四”运载火箭，如巨龙般腾飞，冲破蓝天，顺利进入预定轨道。历经漫长而艰辛的旅程，它终于在 2021年5月 15 日成功降落在火星乌托邦平原南部。火星车“祝融号”驶离着陆平台，开始在火星表面展开科学探索。“天问一号”是中国自主发射的首枚火星探测器，主要负责执行第一次自主火星探测任务，对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、大气、磁场等进行科学探测。

天问一号”的成功着陆，不仅标志着我国突破了第二宇宙速度发射、行星际飞行及测控通信、地外行星软着陆等多项关键技术，更是我国星际探测领域的又一个里程碑。

步入“行星探测时代”

在人类探索宇宙的历程中，火星始终是一个充满挑战的目标。早在1960年，苏联就勇敢地迈出了人类探索火星的第一步，发射了“火星 1A”探测器，但却以失败告终。在随后的日子里,同样怀揣着对火星的无尽好奇欧洲航天局也加入了这场星际角逐，他们进行了20次的火星探测任务，其中仅有4次取得了成功。因为火星探测的难度极大，成功率奇低，所以科学家们称其为“火星诅咒”

21 世纪，中国的航天科技逐渐崭露头角。2011年11月9日，中国研制的首个火星探测器“萤火一号”也未能如愿进入预定轨道。然而，挫折并未击垮中国航天人的决心。在不断的探索与实践中，中国的“天问一号”探测器以惊人的姿态崛起。它成功完成了美国耗时 30 多年的技术步骤:飞掠火星上空、伴随火星轨道环绕运转、发射火星车在火星表面巡视行走。这一创举不仅展示了中国航天人的高超技艺与大胆创新，更标志着中国正式步入了全新的“行星探测时代”。

捕获与停泊

天问一号”探测器要着陆成功，首先要被火星那神秘而强大的引力场捕获。这是一场技术风险极高、难度极大的挑战，因为捕获的机会只有一次，它的成功与否直接关系到整个火星探测工程的命运。

这个过程需要探测器像舞者一样精准地翩翩起舞每一个动作要踩在音乐的节奏上，在合适的时机点燃它的推进器，才能绘制出一条完美的轨迹，融入火星的怀抱。一旦“天问一号”被火星引力场捕获，它将置身于距离火星最近仅 400 千米的轨道上。这就像是走钢丝一不小心就可能坠落或飞向远方。此时，地面测控系统像一位客智的指挥家，操控着深空测控网和基线干涉测量网这两大精密的乐队。它们倾听着探测器持续发出的高稳定无线电信号，就像是在聆听一首无声的交响乐。通过连续的计算，它们精确地描绘出探测器的轨道，确保它在预定的时间、预定的高度，顺利地走进捕获走廊实施变轨动作。

经过无数次的细微调整，探测器将最终稳定地运行在停泊轨道上。其间，它就像一个探险家，每隔两个火星日就会利用中分辨率相机、高分辨率相机、光谱仪等精密的载荷设备，对预定的着陆区进行详细的勘察。它探索着这片未知土地的地形、地质、地貌，以及可能存在的沙尘暴等恶劣环境条件，为着陆巡视器的安全着陆做好万全的准备。

着陆之旅

“天问一号”着陆火星分三步：进入、减速和软着陆。2021年5月15日凌晨1时许，“天问一号”探测器在停泊轨道实施降轨；随后，着陆巡视器与环绕器分离，历经约3小时飞行后，进入火星大气层，再经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲后，成功软着陆于预选着陆区。

进入火星大气层以后，“天问一号”首先借助火星大气进行气动减速，克服超高速摩擦产生的高温、气动带来的姿态偏差等问题，将约2万千米/小时的下降速度减掉了90%左右；紧接着，“天问一号”打开降落伞，进行伞系减速，当速度降至100米/秒时再通过反推发动机减速，由大气减速阶段进入动力减速阶段。在距离火星表面100米时，“天问一号”探测器进入悬停阶段，经精准避障和缓速下降后，着陆巡视器在缓冲机构和气囊的保护下稳稳降落在火星表面。

这个过程完全依赖“天问一号”自主完成,因为没有地面控制可以实时介入，所以着陆过程是整个任务中风险最高的一步。最终，“天问一号”凭借其卓越的性能和出色的自主导航能力，成功完成了这一挑战。着陆巡视器成功降落在火星表面，标志着我国在火星探测领域迈出了重要的一步。

参考来源：新华社、国家航天局官网、环球网、光明网