天问一号成功着陆火星！
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2021-05-17 20:55
作者 | 代润泽
振奋人心！5月15日，我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆。
这意味着我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步，是中国航天事业发展中又一具有重大意义的里程碑，后续，祝融号火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检驶离着陆平台并开展巡视探测。
据航天科技集团五院“天问一号”探测器产品保证经理饶炜介绍，“天问一号”探测器自2020年7月23日成功发射，精确入轨后，已经按预定飞行程序在轨飞行了大约295天。
自2021年2月10日成功环绕火星后，“天问一号”探测器相继完成了着陆区预探测、轨道维持、自检等关键飞行控制任务，期间，能源平衡，状态稳定，各分系统工作正常。
5月15日凌晨1点，天问一号探测器在停泊轨道实施降轨，机动至火星进入轨道。
凌晨4点，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；
经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲，成功软着陆于预选着陆区；
两器分离约30分钟后，环绕器进行升轨，返回停泊轨道，为着陆巡视器提供中继通信。
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“天问一号”如何度过“黑色九分钟”？
“天问一号”火星探测器从火星大气层外缘通过软着陆的方式降落到火星表面，整个着陆过程步步惊心，下降速度有过快？9分钟内速度从2万千米每小时降为0！那么速度是如何降下来的呢？
整个降落过程大致分为进入—减速—软着陆三步，简称为EDL（Entry，Descent，Landing）。
据航天五院总体设计部火星探测器总体主任设计师王闯介绍，“天问一号”在进入火星大气层后首先借助火星大气进行气动减速，在这个过程中需要克服高温和姿态偏差。当气动减速完成后，“天问一号”的下降速度降低了大约90%。
随即“天问一号”打开降落伞进行伞系减速，当速度降至100m/s的时候，“天问一号”通过反推发动机进行减速，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”进入悬停阶段，完成精避障和缓速下降后，着陆巡视器在缓冲机构的保护下，抵达火星表面。
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“天问一号”火星软着陆任务非常艰难
尽管我国已有月表着陆经验，但是此次“天问一号”火星软着陆任务更加艰难。
目前，人类火星探测任务成功率仅有50%左右，而成功登陆火星表面并顺利开展工作的探测任务成功率只有大约只有20%。
并且，火星探测器进入火星大气的时速约为21000千米，但要在7-9分钟内，让速度在受控状态下降为0实现安全着陆，这是火星探测任务中技术难度最大、失败率最高的地方，大部分都在这一阶段失败。
火星表面存在大气，火星表面大气的密度是地球表面大气密度的1%左右，也就是说火星比月球的环境更复杂。而火星表面地形复杂，遍布岩石、斜坡、沟壑等障碍物，火星尘暴比地球严重很多。
而火星离地球距离更加遥远，通信时延单程达到20分钟左右，这就意味着整个着陆过程在地球来不及做任何处理，只能靠“天问一号”自主完成。
航天科技集团五院总体设计部火星巡视器总体主任设计师陈百超表示：“我国是首次实施火星探测任务，对火星的环境，尤其是大气等参数没有一手数据，这相当于我们来到了一个完全未知的环境里。”
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“降落伞”如何护天问一号？
“天问一号”在降落过程中，中国全新研制的“天问一号”伞系减速分系统为“天问一号”成功着陆发挥关键减速作用。
“天问一号”火星探测器采用目前国际普遍使用的伞降减速方式，但在火星降落伞系统的设计、校核、仿真分析和试验验证方面，我们和其他国家有许多不同的地方。
“天问一号”这套伞系减速分系统由中国航天科技集团五院508所研制，经过6年的研制和试验，508所科研人员克服了开伞条件难以实现、降落伞开伞异常等困难。
“天问一号采用一顶主降落伞、一次性充气展开减速的方案。降落伞是锯齿形盘缝带伞，伞的顶部是盘，接着有一圈缝，下面是带，带的尾部做成了锯齿形，有利于承力和确保稳定性。”508所专家表示。
火星降落伞的开伞条件比较特殊，主要体现在超声速、低密度、低动压开伞。针对火星降落伞的特殊开伞条件，在伞的设计研制中，508所首次使用了一些新研的特纺材料，在伞绳连接等环节首次使用了插接工艺，相比缝纫工艺连接强度显著改善。
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着陆区为什么选择乌托邦平原？
乌托邦平原（Utopia Planitia）位于火星北半球，是火星面积最大的平原。直径3200公里，中央为49.7°N 118°E，位于阿尔及尔平原的对跖点上。
火星的南、北半球的地形地貌、地质构造、表面及次表面岩石矿物等差异巨大。火星南部为高地，60%的面积遍布着陨石坑。火星的北部是被火山熔岩填平的低矮平原，地形平缓，陨石坑较少且地质年龄较轻，地壳较薄。因为地势低，则气压比较高，火星车着陆时受到大气的阻力比较大，有利于软着陆，在乌托邦平原的中心区域，比火星基准高度低7千米，因此乌托邦平原是更理想的降落地。
相关资料显示，乌托邦平原拥有一定储量的地下冰层，平原上有间隙冰等地下物质活动的痕迹，形成了多边形地貌，具有较高的探索价值。据称，乌托邦平原距离地面1到10米的浅表底层下方有大量地下水冰存在，储水量相当于地球面积最大的淡水湖——苏必利尔湖。
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祝融号要迈过哪些难关？
“天问一号”探测器要一次性完成“绕、落、巡”，目前已经完成了“绕”和“落”的过程。接下来，着陆器和巡视器的组合体将释放“祝融”号火星车，开始“巡”这个阶段的工作。
祝融号是我国首辆火星车，高度1米85、重约240公斤，有四片太阳能板，六个车轮，两个高耸的天线，六个车轮都能提供动力，可以像螃蟹那样横着走，这样会更加灵活机动。
“祝融”号火星车预计将在火星上运行约90天，在这期间，它将近距离采样并将数据存储下来，定期传回地球。到这一阶段，可能遇到的较大风险就是沙尘暴，沙尘暴覆盖太阳帆板会让帆板效率降低。
参考来源：
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1699783154713576768&wfr=spider&for=pc
https://mbd.baidu.com/newspage/data/landingshare?context=%7B%22nid%22%3A%22news_10333563521913852465%22%2C%22sourceFrom%22%3A%22bjh%22%7D&pageType=1
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1699791146145225908&wfr=spider&for=pc
https://www.huxiu.com/article/428153.html
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