祝融號火星車著陸10大問題詳解 第三個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)時間受一系列因素影響，如沖入火星大氣的速度、角度、地點和時間，著陸地點的地形地貌特點（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，總體著陸時間在7-10分鐘不等。祝融號選擇的著陸區(qū)是高度較低的烏托邦平原，總著陸時間在9分鐘左右，也被叫做“恐怖九分鐘”。

　　這是因為：火星雖是近鄰，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)動輒需要飛行7-11個月，還意味著從地球上發(fā)出信號與火星通信，至少需要6-45分鐘的雙向通信時延�；鹦谴髿庀”。�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，這個過程必須依靠著陸組合體獨立自主完成。

　　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、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^精確計算得知祝融號正在火星獨立完成各項著陸操作、卻不得不耐心等待信號回傳時，這種焦急的體驗不可謂不“恐怖”。

　　問題四：著陸期間，祝融號到底經(jīng)歷了什么？

　　在最終確認(rèn)開始著陸指令后，著陸巡視組合體會與環(huán)繞器分離，開啟獨立著陸之旅。期間姿態(tài)控制發(fā)動機工作，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超過隔熱層能忍受的極限，如果過小任務(wù)就會像打水漂一般滑入深空。

　　沖入火星大氣后，5千米/秒級別的速度依然導(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，對這一功臣的“回報”是：它將被拋離并直接脫落在火星表面。此時，暴露出來的底部雷達(dá)和工程相機等立即開始急速工作，緊盯目標(biāo)著陸區(qū)域，分析與預(yù)計的匹配程度，讓控制導(dǎo)航計算機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，此時才是大戲上演的時刻。

　　各火星著陸任務(wù)初始階段流程接近，圖為毅力號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起沙塵等因素對它們的影響，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在河北懷來外天體著陸綜合試驗場進(jìn)行，這也是祝融號首次公開亮相（圖源；央視新聞）

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