祝融號(hào)火星車著陸10大問題詳解 第三個(gè)真正踏上火星的國家

　　問題三：為什么著陸過程是“恐怖九分鐘”？

　　火星著陸持續(xù)時(shí)間受一系列因素影響，如沖入火星大氣的速度、角度、地點(diǎn)和時(shí)間，著陸地點(diǎn)的地形地貌特點(diǎn)（尤其是高度），著陸期間的氣象條件，具體著陸技術(shù)方案和細(xì)節(jié)等，總體著陸時(shí)間在7-10分鐘不等。祝融號(hào)選擇的著陸區(qū)是高度較低的烏托邦平原，總著陸時(shí)間在9分鐘左右，也被叫做“恐怖九分鐘”。

　　這是因?yàn)椋夯鹦请m是近鄰，但與地球的距離在5500萬千米到4億千米之間變化，遠(yuǎn)超月球。這不僅意味著一次火星探測任務(wù)動(dòng)輒需要飛行7-11個(gè)月，還意味著從地球上發(fā)出信號(hào)與火星通信，至少需要6-45分鐘的雙向通信時(shí)延。火星大氣稀薄，引力較小，整體著陸過程僅持續(xù)數(shù)分鐘，期間根本不可能在地球上進(jìn)行控制，這個(gè)過程必須依靠著陸組合體獨(dú)立自主完成。

　　2000-2022年地球和火星距離變化，各火星探測任務(wù)在太空中飛行的時(shí)間區(qū)間

　　此外，火星半徑為3400千米左右，約為地球的一半，表面引力約為地球的38%，表面空氣密度不足地球海平面的1%水平，但這并不意味著著陸火星難度低。實(shí)際上，著陸火星的困難程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了月球。雖然大氣可以給著陸巡視組合體帶來一定的氣動(dòng)減速能力，但密度太低不可能減速到理想的著陸狀態(tài)，最后一定需要反沖火箭工作懸停降落。為應(yīng)對(duì)不可避免的大氣沖擊、摩擦和積累的熱量，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)，重量、復(fù)雜度和成本等大幅度上升，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也大大增加了。

　　因此，當(dāng)?shù)厍蛏系暮教烊送ㄟ^精確計(jì)算得知祝融號(hào)正在火星獨(dú)立完成各項(xiàng)著陸操作、卻不得不耐心等待信號(hào)回傳時(shí)，這種焦急的體驗(yàn)不可謂不“恐怖”。

　　問題四：著陸期間，祝融號(hào)到底經(jīng)歷了什么？

　　在最終確認(rèn)開始著陸指令后，著陸巡視組合體會(huì)與環(huán)繞器分離，開啟獨(dú)立著陸之旅。期間姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作，嚴(yán)格控制著陸軌跡角度與方向。如果沖進(jìn)火星的角度過大就會(huì)超過隔熱層能忍受的極限，如果過小任務(wù)就會(huì)像打水漂一般滑入深空。

　　沖入火星大氣后，5千米/秒級(jí)別的速度依然導(dǎo)致稀薄的大氣沖擊和摩擦產(chǎn)生了巨大的震動(dòng)和熱量，足以融化大部分金屬。通過隔熱大底和多種散熱手段，著陸巡視組合體的溫度依然能保持常溫。期間速度驟降到數(shù)百米/秒，巨大的降落傘在火星上空約10千米的高度打開。

　　隨著速度的迅速降低，已經(jīng)被燒蝕得不成樣子的隔熱大底沒有存在的必要了，對(duì)這一功臣的“回報(bào)”是：它將被拋離并直接脫落在火星表面。此時(shí)，暴露出來的底部雷達(dá)和工程相機(jī)等立即開始急速工作，緊盯目標(biāo)著陸區(qū)域，分析與預(yù)計(jì)的匹配程度，讓控制導(dǎo)航計(jì)算機(jī)快速解算最佳著陸方案。初步選定期間，速度已經(jīng)降至100米/秒以內(nèi)，降落傘功成身退，此時(shí)才是大戲上演的時(shí)刻。

　　各火星著陸任務(wù)初始階段流程接近，圖為毅力號(hào)火星車部分著陸流程示意（圖源：NASA）

　　著陸巡視組合體依靠底部強(qiáng)大的反沖火箭工作開始減速，各種傳感器進(jìn)一步仔細(xì)檢查地面情況，避免亂石堆、斜坡、溝谷的特殊地貌，找尋最佳著陸角度和姿勢。隨著速度進(jìn)一步降低至懸停避障狀態(tài)，著陸巡視組合體近距離火星表面數(shù)米高。最后階段火箭停止工作，盡力減少火箭工作揚(yáng)起沙塵等因素對(duì)它們的影響，著陸巡視組合體成功降落火星表面。

　　2019年11月14日，著陸巡視組合體懸停避障試驗(yàn)在河北懷來外天體著陸綜合試驗(yàn)場進(jìn)行，這也是祝融號(hào)首次公開亮相（圖源；央視新聞）

　　眾多復(fù)雜的動(dòng)作，猶如在火星獨(dú)自“刀尖上起舞”，稍有不慎便會(huì)任務(wù)失敗，難度可想而知，了不起的成就！