“天問一號”登陸火星“前傳”

趙聰

2020年7月23日，“天問一號”從海南文昌啟程，直到2021年5月15日了時18分，才穩穩降落在位于火星北半球的烏托邦平原上。在登陸火星前，“天問一號”走了多少路，看到了什么風景，做了哪些有趣的事兒，又克服了哪些難以想象的困難？讓我們一起來回顧！

環火3個月

“天問一號”距離家鄉3.2億千米，是走得最遠的中國遠行客。2020年7月23日，它從海南文昌啟程，截止著陸前，已跋涉295天。

在這些天里，它曾舉起自拍桿，拍下深空掠影，向祖國報告平安;也曾回望故土家園，拍下地月合影，遙寄思鄉之情。

最重要的，它先后多次修正前行軌道，更精準地朝火星奔去。

2021年2月24日，它踩下了“史上最難”的太空剎車——通過3次近火制動，成功進入火星軌道，順利飛抵火星。在火星上空踩下的這幾腳剎車，分寸有多難拿捏？科學家說，就像從巴黎打出一個高爾夫球，讓它落進東京的某個球洞里。

到達火星上空后，“天問一號”沒有立即降落，而是環火飛行數月。

中國首次探測火星，最重要的是妥妥成功，因此，“天問一號”選擇了最穩妥的模式——“先繞后落”。

“天問一號”環繞器總體副主任設計師杜洋介紹，我國在“天問一號”探測任務之前，尚不掌握第一手火星環境資料，對火星的地形地貌、天氣環境等各方面情況尚不熟悉。

在本次任務中，根據全球已公開的數據，在任務規劃中首先預選出一個首選著陸區以及一個備選著陸區，并通過環繞火星的方式對預選著陸地點進行探測。

在將近3個月的時間里，“天問一號”在火星停泊軌道上“兜圈”式飛掠，不停地鳥瞰著陸點——烏托邦平原。借助攜帶的相機和光譜儀，它看清了火星的地形地貌，監測到了火星沙塵暴的當季動向，也看到了著陸地區的坡度、凹坑等。

科研人員根據觀察到的最新情況，不停地完善火星著陸方案，避開惡劣的火星天氣，選擇一個“風和日麗”的日子實施火星著陸計劃。

自主闖險關

隨著“天問一號”兩兄弟分離，北京航天飛行控制中心的科研人員也進入了最后的忙碌時間。很快，著陸巡視器將迎來火星著陸的挑戰。其間，信號會被等離子鞘層切斷，“天問一號”將短暫失聯，所有的難關只能靠著陸巡視器自主去闖。

此刻的航天工作者就像一位丈夫，妻子即將進入產房，他等候在門外，能做的已經很少，但抑制不住興奮和緊張。

火星著陸一直有“黑色7分鐘”的說法，最早起源于美國火星探測任務，揭示著陸過程的險象環生，具體耗時卻不盡相同。據專家介紹，中國“天問一號”任務中，探測器從進入大氣到著陸火星，全程預計9分鐘。

火星稀薄的大氣屏障曾讓數個人類探測器殞命。一頭扎進不可知的大氣環境，是世界一半以上火星探測器著陸失敗的主要原因。“天問一號”在贏得榮譽之前，先要經受世所罕見的殘酷考驗。

事實上，我國雖未著陸火星，卻有類似的技術基礎。我國“神舟”系列飛船曾多次成功從太空返回地球，“嫦娥”系列探測器也曾多次實現月球軟著陸，這些都意味著我國已熟練掌握降落傘減速、動力反推減速等技術。

但這些技術能不能照搬到火星著陸上來？答案是否定的。

主要是因為火星大氣環境的特殊性。火星有一層稀薄的大氣，這使得火星著陸與登陸月球相比，不能僅僅采用動力反推的方式，還需增加氣動減速和傘系減速等環節，因而著陸控制更為復雜。而地球雖然也有大氣層，卻與火星不同。

根據目前掌握的資料，火星表面常有風沙和塵暴，會對著陸火星產生致命干擾，但對其具體運行規律卻知之甚少。

另一個難點在于，當火星探測進行到著陸這最為兇險的一步時，探測器與地球卻是完全失聯的。火星探測器專家介紹，首先，探測器高速再入時，和稀薄大氣積壓產生沖擊波，形成等離子鞘層，導致通信中斷;其次，因為火地距離3.2億千米，無線電信號一來一回要35分鐘，著陸過程卻只有短短幾分鐘，人根本來不及干預。

2021年5月15日凌晨4時許，火星上空，“天問一號”探測器系統中的“兩兄弟”在做最后的告別——相伴295天后，環繞器和承載著“祝融號”火星車的著陸巡視器正式分離。

隨后，環繞器抬升了自己的軌道，迎來新的使命——為火星和地球之間架起通信橋梁。

此時，著陸巡視器獨自上路，它調整姿態，防熱大底朝前，沿著進入火星大氣層的軌道滑行，瞄準進入火星大氣層的狹窄“走廊”。

三小時后，它進入火星大氣，迎來整個火星探測任務的驚心動魄時刻。生死考驗后，它將代表中國完成首次著陸火星的壯舉。