天問一號“教科書式”著陸火星——
中國問天之路再上新臺階
2021年5月15日，經(jīng)過295天的太空之旅，我國首個(gè)火星探測器天問一號成功著陸火星。中國首次火星探測任務(wù)一戰(zhàn)即勝，一氣呵成。中國科學(xué)院院士葉培建興奮地說：“這是一次教科書式的著陸，落得非常漂亮。”
這一落，是中國智慧、中國方案與中國力量的結(jié)晶。
這一天，中國問天之路再上新臺階，中華民族向更遙遠(yuǎn)的深空又邁出了一大步。
航天科技集團(tuán)五院天問一號探測器總體主任設(shè)計(jì)師王闖說，天問一號的成功著陸，是一次做好了全面準(zhǔn)備與充足預(yù)案的勝利。
著陸火星有多難？
在天問一號著陸巡視器成功著陸火星之前，世界各國共實(shí)施了44次火星探測活動(dòng)，完全成功的探測任務(wù)只有19次，成功率不到50%。
著陸，是火星探測中風(fēng)險(xiǎn)最高的環(huán)節(jié)。迄今為止，人類成功登陸火星的探測器只有9個(gè)。天問一號的成功著陸，讓火星第一次留下中國人的印跡。
著陸難，難在著陸過程的復(fù)雜。
從分離到著陸的短短9分鐘內(nèi)，天問一號著陸巡視器的運(yùn)行時(shí)速從約2萬公里/小時(shí)降為零，其間需要經(jīng)歷氣動(dòng)減速、降落傘減速、動(dòng)力減速、著陸緩沖等多個(gè)環(huán)節(jié)。作為著陸巡視器的主發(fā)動(dòng)機(jī)，7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力減速環(huán)節(jié)的主要工具，使天問一號實(shí)現(xiàn)“最后一腳”穩(wěn)準(zhǔn)剎車。這種“太空剎車”方法已在嫦娥三、四、五號探測器落月過程中連續(xù)三次成功實(shí)施，天問一號著陸巡視器的7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)正是落月用變推力發(fā)動(dòng)機(jī)的2.0版。
著陸難，難在火星環(huán)境的不確定性。
不同于月球表面近似真空，火星表面有一層稀薄的大氣，且很不穩(wěn)定，會不時(shí)地出現(xiàn)風(fēng)或沙塵暴。在降落過程中，著陸器與火星表面的大氣會劇烈摩擦，為了防止被“燒糊”，著陸器上增加了一個(gè)防熱大底，原本可以“伸出去”的發(fā)動(dòng)機(jī)被“兜起來”了。有限的艙體空間限制著發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，天問一號變推力發(fā)動(dòng)機(jī)的高度比嫦娥三號變推力發(fā)動(dòng)機(jī)要縮小超60%，推力等主要性能指標(biāo)卻保持不變，“小個(gè)子”要爆發(fā)出“大能量”，這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)必須更結(jié)實(shí)。
著陸難，還難在全程只能由探測器自主控制。
火星與地球距離遙遠(yuǎn)，信號還沒跑到地球，探測器已經(jīng)“收工”了。對于身在遙遠(yuǎn)異鄉(xiāng)的天問一號來說，所有動(dòng)作觸發(fā)條件的測量、判斷以及執(zhí)行，均是自主測量、自主判斷、自主控制。在著陸巡視器降落過程中，雷達(dá)等探測設(shè)備會像眼睛一樣盯著火星地面，測量它距離地面高度等參數(shù)，這些參數(shù)進(jìn)入制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)，由這個(gè)睿智的“大腦”計(jì)算出對發(fā)動(dòng)機(jī)的推力要求。發(fā)動(dòng)機(jī)會按照預(yù)設(shè)的時(shí)序和實(shí)時(shí)的指令完成變推力調(diào)節(jié)，讓著陸巡視器慢下來，最后以很低的速度穩(wěn)穩(wěn)落在火星表面。
據(jù)悉，天問一號著陸巡視器著陸后，祝融號火星車將在七八天后以3個(gè)火星日為一個(gè)周期，開始它的工作。
祝融號火星車總共搭載了6種有效載荷。
用于火星巡視區(qū)地形地貌探測的導(dǎo)航地形相機(jī)，主要用于拍攝火星表面的圖像，規(guī)劃火星車巡視的路徑；次表層探測雷達(dá)，用于探測火星巡視區(qū)的土壤結(jié)構(gòu)以及土壤下是否有水或冰的存在；火星表面成分探測儀與多光譜相機(jī)，用于探測火星巡視區(qū)表面的元素、礦物和巖石類型。
除此之外，還有兩臺探測環(huán)境的儀器：火星表面磁場探測儀與火星氣象測量儀。有科學(xué)家認(rèn)為，火星沒有全球性的磁場，僅有局部性的磁場?；鹦潜砻娲艌鎏綔y儀可以將巡視區(qū)的磁場一探究竟。火星氣象測量儀主要用于測量巡視區(qū)的風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、氣溫等大氣物理特征。
從2016年1月首次火星探測任務(wù)立項(xiàng)至今，已經(jīng)過去了5年。這5年，中國航天事業(yè)大踏步前進(jìn)。中華民族問天之路或許充滿曲折與艱險(xiǎn)，但永遠(yuǎn)滿載勇氣與希望。
【編輯:陳海峰】
