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振奮人心！5月15日，我國首次火星探測任務天問一號探測器在火星烏托邦平原南部預選著陸區(qū)著陸。
這意味著我國首次火星探測任務著陸火星取得圓滿成功，邁出了我國星際探測征程的重要一步，是中國航天事業(yè)發(fā)展中又一具有重大意義的里程碑，后續(xù)，祝融號火星車將依次開展對著陸點全局成像、自檢駛離著陸平臺并開展巡視探測。
據(jù)航天科技集團五院“天問一號”探測器產(chǎn)品保證經(jīng)理饒煒介紹，“天問一號”探測器自2020年7月23日成功發(fā)射，精確入軌后，已經(jīng)按預定飛行程序在軌飛行了大約295天。
自2021年2月10日成功環(huán)繞火星后，“天問一號”探測器相繼完成了著陸區(qū)預探測、軌道維持、自檢等關(guān)鍵飛行控制任務，期間，能源平衡，狀態(tài)穩(wěn)定，各分系統(tǒng)工作正常。
5月15日凌晨1點，天問一號探測器在停泊軌道實施降軌，機動至火星進入軌道。
凌晨4點，著陸巡視器與環(huán)繞器分離；
歷經(jīng)約3小時飛行后，進入火星大氣；
經(jīng)過約9分鐘的減速、懸停避障和緩沖，成功軟著陸于預選著陸區(qū)；
兩器分離約30分鐘后，環(huán)繞器進行升軌，返回停泊軌道，為著陸巡視器提供中繼通信。
“天問一號”火星探測器從火星大氣層外緣通過軟著陸的方式降落到火星表面，整個著陸過程步步驚心，下降速度有過快？9分鐘內(nèi)速度從2萬千米每小時降為0！那么速度是如何降下來的呢？
整個降落過程大致分為進入—減速—軟著陸三步，簡稱為EDL（Entry，Descent，Landing）。
據(jù)航天五院總體設計部火星探測器總體主任設計師王闖介紹，“天問一號”在進入火星大氣層后首先借助火星大氣進行氣動減速，在這個過程中需要克服高溫和姿態(tài)偏差。當氣動減速完成后，“天問一號”的下降速度降低了大約90%。
隨即“天問一號”打開降落傘進行傘系減速，當速度降至100m/s的時候，“天問一號”通過反推發(fā)動機進行減速，由大氣減速階段進入動力減速階段。
在距離火星表面100米時，“天問一號”進入懸停階段，完成精避障和緩速下降后，著陸巡視器在緩沖機構(gòu)的保護下，抵達火星表面。
盡管我國已有月表著陸經(jīng)驗，但是此次“天問一號”火星軟著陸任務更加艱難。
目前，人類火星探測任務成功率僅有50%左右，而成功登陸火星表面并順利開展工作的探測任務成功率只有大約只有20%。
并且，火星探測器進入火星大氣的時速約為21000千米，但要在7-9分鐘內(nèi)，讓速度在受控狀態(tài)下降為0實現(xiàn)安全著陸，這是火星探測任務中技術(shù)難度最大、失敗率最高的地方，大部分都在這一階段失敗。
火星表面存在大氣，火星表面大氣的密度是地球表面大氣密度的1%左右，也就是說火星比月球的環(huán)境更復雜。而火星表面地形復雜，遍布巖石、斜坡、溝壑等障礙物，火星塵暴比地球嚴重很多。
而火星離地球距離更加遙遠，通信時延單程達到20分鐘左右，這就意味著整個著陸過程在地球來不及做任何處理，只能靠“天問一號”自主完成。
航天科技集團五院總體設計部火星巡視器總體主任設計師陳百超表示：“我國是首次實施火星探測任務，對火星的環(huán)境，尤其是大氣等參數(shù)沒有一手數(shù)據(jù)，這相當于我們來到了一個完全未知的環(huán)境里。”
“降落傘”如何護天問一號？
“天問一號”在降落過程中，中國全新研制的“天問一號”傘系減速分系統(tǒng)為“天問一號”成功著陸發(fā)揮關(guān)鍵減速作用。
“天問一號”火星探測器采用目前國際普遍使用的傘降減速方式，但在火星降落傘系統(tǒng)的設計、校核、仿真分析和試驗驗證方面，我們和其他國家有許多不同的地方。
“天問一號”這套傘系減速分系統(tǒng)由中國航天科技集團五院508所研制，經(jīng)過6年的研制和試驗，508所科研人員克服了開傘條件難以實現(xiàn)、降落傘開傘異常等困難。
“天問一號采用一頂主降落傘、一次性充氣展開減速的方案。降落傘是鋸齒形盤縫帶傘，傘的頂部是盤，接著有一圈縫，下面是帶，帶的尾部做成了鋸齒形，有利于承力和確保穩(wěn)定性。”508所專家表示。
火星降落傘的開傘條件比較特殊，主要體現(xiàn)在超聲速、低密度、低動壓開傘。針對火星降落傘的特殊開傘條件，在傘的設計研制中，508所首次使用了一些新研的特紡材料，在傘繩連接等環(huán)節(jié)首次使用了插接工藝，相比縫紉工藝連接強度顯著改善。
著陸區(qū)為什么選擇烏托邦平原？
烏托邦平原（Utopia Planitia）位于火星北半球，是火星面積最大的平原。直徑3200公里，中央為49.7°N 118°E，位于阿爾及爾平原的對跖點上。
火星的南、北半球的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、表面及次表面巖石礦物等差異巨大。火星南部為高地，60%的面積遍布著隕石坑。火星的北部是被火山熔巖填平的低矮平原，地形平緩，隕石坑較少且地質(zhì)年齡較輕，地殼較薄。因為地勢低，則氣壓比較高，火星車著陸時受到大氣的阻力比較大，有利于軟著陸，在烏托邦平原的中心區(qū)域，比火星基準高度低7千米，因此烏托邦平原是更理想的降落地。
相關(guān)資料顯示，烏托邦平原擁有一定儲量的地下冰層，平原上有間隙冰等地下物質(zhì)活動的痕跡，形成了多邊形地貌，具有較高的探索價值。據(jù)稱，烏托邦平原距離地面1到10米的淺表底層下方有大量地下水冰存在，儲水量相當于地球面積最大的淡水湖——蘇必利爾湖。
祝融號要邁過哪些難關(guān)？
“天問一號”探測器要一次性完成“繞、落、巡”，目前已經(jīng)完成了“繞”和“落”的過程。接下來，著陸器和巡視器的組合體將釋放“祝融”號火星車，開始“巡”這個階段的工作。
祝融號是我國首輛火星車，高度1米85、重約240公斤，有四片太陽能板，六個車輪，兩個高聳的天線，六個車輪都能提供動力，可以像螃蟹那樣橫著走，這樣會更加靈活機動。
“祝融”號火星車預計將在火星上運行約90天，在這期間，它將近距離采樣并將數(shù)據(jù)存儲下來，定期傳回地球。到這一階段，可能遇到的較大風險就是沙塵暴，沙塵暴覆蓋太陽帆板會讓帆板效率降低。
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參考來源：
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1699783154713576768&wfr=spider&for=pc
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1699791146145225908&wfr=spider&for=pc
https://www.huxiu.com/article/428153.html
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