驕傲！火星上首次留下中國印跡

經(jīng)過了近300天的漫長旅程，2021年5月15日7時(shí)18分，“天問一號(hào)”火星探測器所攜帶的“祝融號(hào)”火星車及其著陸組合體，成功著陸于火星北半球的烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，標(biāo)志著我國首次火星探測任務(wù)著陸火星取得圓滿成功。

當(dāng)然，這也意味著中國成為了繼蘇聯(lián)、美國之后第三個(gè)登陸火星的國家，同時(shí)也是亞洲第一個(gè)登陸火星的國家。

令人動(dòng)容的是，就在“天問一號(hào)”成功登陸火星之后，中國首次火星探測任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋難掩激動(dòng)之情，忍不住落下了眼淚；而“天問一號(hào)”探測器系統(tǒng)總師孫澤洲和探測器系統(tǒng)總指揮赫榮偉，則緊緊地?fù)肀г诹艘黄稹?/span>

這一幕被國家航天局的工作人員記錄了下來，因?yàn)檫@一成功背后的艱辛只有他們自己才知道！

（國家航天局新聞宣傳中心張高翔攝）

據(jù)21ic家了解，由于火星探測風(fēng)險(xiǎn)高、難度大，探測任務(wù)面臨著行星際空間環(huán)境、火星稀薄大氣、火面地形地貌等挑戰(zhàn)；同時(shí)還會(huì)受到遠(yuǎn)距離、長時(shí)延的影響。因此，著陸階段存在著環(huán)境不確定、著陸程序復(fù)雜、地面無法干預(yù)等諸多難點(diǎn)。

要知道，中國航天和其他國家航天不一樣，美國一直封鎖和中國航天的技術(shù)交流，之前甚至還將中國排除在國際空間站項(xiàng)目之外。與歐空局、日本、印度不同，我們根本得不到美國分享的數(shù)據(jù)，更得不到美國的相關(guān)技術(shù)支持。

然而，此次“天問一號(hào)”任務(wù)成功突破了第二宇宙速度發(fā)射、行星際飛行及測控通信、地外行星軟著陸等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國首次地外行星著陸，是中國航天事業(yè)發(fā)展中又一具有重大意義的里程碑！

（資料圖）

下面，21ic家匯總了一些關(guān)于“天問一號(hào)”登陸火星的技術(shù)問題，希望大家能夠進(jìn)一步了解到中國航天來之不易的成功與輝煌。

1、火星探測存在哪些技術(shù)難度？

在火星探測技術(shù)方面，通常會(huì)受限于所攜帶的電力和通信天線能力，著陸和巡視任務(wù)幾乎無法直接與地球通信，必須依賴環(huán)繞器的信號(hào)中繼服務(wù)。前往火星期間，它們也需要導(dǎo)航、通信、能量等服務(wù)。因此，環(huán)繞器是所有火星探測任務(wù)的基礎(chǔ)。

而我國首次火星探測時(shí)，“天問一號(hào)”僅在一次任務(wù)中就同時(shí)實(shí)現(xiàn)了“環(huán)繞”、“著陸”和“巡視”三大目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了對火星從天到地的立體觀測。其中，自由移動(dòng)的“祝融號(hào)”著陸火星后，能將火星表面各種細(xì)節(jié)直觀地全方位展現(xiàn)出來，這一成果的意義是不可取代的。

2、抵達(dá)火星后，為何等待三個(gè)月才著陸？

一方面，環(huán)繞器的完全成功是探測火星的基本前提。在環(huán)繞器穩(wěn)定后再進(jìn)行著陸操作，可以為著陸巡視組合體提供更大的選擇余地和容錯(cuò)空間；另一方面，中國還缺乏對火星的全面了解，著陸區(qū)的實(shí)際地形地貌和氣象條件等都需要詳細(xì)勘察。

因此，在抵達(dá)火星后，需要花費(fèi)一定的時(shí)間研究勘察。否則，貿(mào)然著陸的風(fēng)險(xiǎn)可想而知。

3、登陸火星究竟有多難？

在火星上著陸需要探測器的自主著陸能力，但由于地球和火星相距甚遠(yuǎn)，通信延遲很大，地球上的控制中心不可能實(shí)時(shí)控制火星上的探測器。因此，登陸火星極其困難。

另外，登陸火星的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了登陸月球，一方面要應(yīng)對不可避免的大氣沖擊、摩擦和積累的熱量；另一方面，著陸巡視組合體還必須增加氣動(dòng)、隔熱、避震等防護(hù)結(jié)構(gòu)，這使得重量、復(fù)雜度和成本等大幅上升，隨之風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也會(huì)大大增加。

據(jù)悉，在“天問一號(hào)”之前，蘇聯(lián)和美國曾有20個(gè)探測器嘗試在火星著陸，但其中只有10個(gè)探測器成功著陸，成功率僅為50%。由此可見，我國一次就成功登陸火星有多么不容易！

4、“祝融號(hào)”如何獲取能量？

“祝融號(hào)”是依靠太陽能進(jìn)行工作的，但由于火星距離太陽很遠(yuǎn)，其太陽能密度僅為地球附近的4成左右，這對太陽能帆板收集能量的要求極高。

為了解決這一問題，“祝融號(hào)”使用了4片巨大的由三結(jié)砷化鎵構(gòu)成的“蝴蝶型”太陽能電池陣列，以此確保足夠能量供應(yīng)。

5、“祝融號(hào)”如何與地球通信？

地球和火星相距甚遠(yuǎn)，這對于通信來說是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，因?yàn)樾盘?hào)衰減情況會(huì)隨著距離增加而迅速提升。一方面，在地球上需要建立巨大的深空通信天線網(wǎng)，以盡可能捕捉來自“天問一號(hào)”的微弱信號(hào)；另一方面，“天問一號(hào)”的環(huán)繞器也要攜帶直徑達(dá)2.5米的高增益定向天線，盡力提高通信能力，與地球保持穩(wěn)定聯(lián)系。

然而，“祝融號(hào)”是不可能像環(huán)繞器一樣攜帶巨大的天線，并提供足夠能量供應(yīng)的。同時(shí)，它還攜帶了6大核心科學(xué)儀器和工程相機(jī)等輔助系統(tǒng)，數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，這對通信資源要求很高。另外，“祝融號(hào)”還要時(shí)刻跟隨火星自轉(zhuǎn)，與地球溝通極為困難。

因此，“祝融號(hào)”通過環(huán)繞器實(shí)現(xiàn)信號(hào)中繼。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將所有的寶貴數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來。當(dāng)環(huán)繞器飛臨“祝融號(hào)”上空時(shí)，再將信號(hào)上傳并接收新的指令，全程由環(huán)繞器直連地球。

6、“祝融號(hào)”著陸后，“天問一號(hào)”在干嘛？

在“祝融號(hào)”工作期間，“天問一號(hào)”的環(huán)繞器會(huì)一直緊張忙碌地為它服務(wù)，轉(zhuǎn)發(fā)各種科研數(shù)據(jù)回歸地球，同時(shí)向它轉(zhuǎn)發(fā)來自地球的指令。

由于環(huán)繞器攜帶了中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、次表層探測雷達(dá)、礦物光譜分析儀、磁強(qiáng)計(jì)、離子與中性粒子分析儀、能量粒子分析儀等7項(xiàng)儀器，因此它本身也是一個(gè)超級科研平臺(tái)。

由于環(huán)繞器飛行在距離火星最近200余千米、最遠(yuǎn)12000余千米的大橢圓軌道上，因此它能在多種軌道高度對火星進(jìn)行整體性、全球性、綜合性研究。

總之，“天問一號(hào)”探測火星與“祝融號(hào)”著陸火星，不僅是中國航天工程任務(wù)難度的新突破，更是我國在行星科學(xué)領(lǐng)域的史無前例突破。“天問一號(hào)”的五大科學(xué)目標(biāo)，將為我國深空探測領(lǐng)域打下重要的基礎(chǔ)，同時(shí)也給世界帶來了對火星研究的豐富補(bǔ)充。