天問一號，“牛”！

季海

2021年5月15日，火星迎來了一位來自地球的新訪客——中國天問一號探測器。在經歷7個月的長途跋涉和3個月的環繞火星飛行后，天問一號十分漂亮地降落在火星表面。5月23日，祝融號火星車從天問一號著陸器駛出，正式“踏”上了火星的土地。我國成為全球首個一次探測火星就實現“繞、落、巡”的國家，也是繼美國后第二個在火星上“開車巡視”的國家，引發了國際航天界和全球媒體的廣泛關注。

盤點人類的火星探測史，天問一號取得的成績有多牛？就讓我們來了解一下吧！

獨門利器——長征五號運載火箭

首先我們要說一說，為什么天問一號能一次實現“繞、落、巡”任務？這是因為天問一號擁有獨門利器！

2020年7月23日12時41分，天問一號乘坐長征五號運載火箭，從海南文昌航天發射場順利升空，直奔火星。天問一號由環繞器、著陸器和巡視器組成，總重量達到5噸左右，是迄今為止人類向火星發射的重量最大的探測器。

與此對應，美國毅力號火星探測器由大力神四號運載火箭發射，重量為3.65噸，只要完成“落”與“巡”就可以了。美國有火星在軌衛星，所以“繞”這一步不需要了。

2016年，由俄羅斯質子-M火箭發射的歐空局衛星TGO，發射重量為3.76噸，完成的是“繞”與“落”的任務，只有固定位置的著陸器，沒有火星車。最后“繞”成功了，但是“落”失敗了。

正是因為我國有了遠超美歐對手的發射能力，天問一號才能一飛沖天，將“繞、落、巡”任務三合一。大推力的長征五號運載火箭，是天問一號任務成功的前提。

軟著陸三步走

地球的探測器要想在火星降落，技術難度非常大。在這之前，先后有蘇聯（俄羅斯）、美國、日本、印度等國家向火星發射探測器，成功率不到50%。真正能夠做到在火星成功著陸的，只有美國一家。

在著陸方式上，天問一號采取了軟著陸，總體分為三步：大氣制動、降落傘減速、反推火箭減速。

第一步?利用自身的氣動外形進入火星大氣層摩擦減速，使速度降低80%左右;

第二步?在速度降到小于每秒100米時，打開減速降落傘增大阻力，進一步降低速度;

第三步?天問一號打開姿態控制和變推力發動機進行減速，最后穩穩降落在火星表面。

這三個步驟看起來輕松簡單，但實際上難度極高。天問一號整個著陸過程大概在9分鐘左右，在此期間，天問一號的速度將從每秒4.9公里降低到0，這對著陸器的結構強度和隔熱性能是一個巨大的考驗;并且，火星到地球的距離有5500萬公里，這么遠的距離，通信時長多達18分鐘，這意味著從地球給天問一號下達一個指令，它要在18分鐘后才能收到，所以天問一號在著陸時要能夠進行自我判斷、自我控制。

為了配合天問一號執行任務，我國在天津武清建造了70米口徑的大型天線，于今年2月完工，趕在天問一號到達火星之時投入使用。放眼全球，擁有70米口徑天線的國家只有三個——美、俄、中。

小翅膀有大學問

天問一號在進入火星大氣層時，采用了我國在高超音速滑翔領域取得的研究成果——配平翼技術，即在天問一號側面裝上小翅膀，讓它在火星大氣層中以較長的時間進行滑翔，從而獲得更多的氣動減速，同時還能更精準地控制落點。在這之前，我國探月工程的嫦娥五號返回艙也采用了這項絕技。

配平翼使得天問一號能夠在火星大氣層中多滑翔大約30秒，降低了祝融號火星車承受的過載壓力，可謂好處多多。在未來的火星取樣返回及載人登火任務中，配平翼技術還會大顯身手。

值得一提的是，這種配平翼技術屬于我國首創，迄今沒有其他國家能夠有效運用。

全身都是高科技

天問一號在著陸過程中，用到了不少高科技。

當天問一號進入火星大氣層后，降落傘就會打開。這降落傘可不是一般的降落傘，它有個專有名詞，叫作“超音速降落傘”。這是人類第二次使用超音速降落傘登陸火星，第一次是美國在今年2月降落火星的毅力號任務中使用。如果按照到達火星軌道的時間來算，天問一號的超音速降落傘是世界上第一個到達火星軌道的“超音速降落傘”，因為天問一號入軌火星時間比毅力號早了8天。

之所以在登陸火星時使用超音速降落傘，是因為火星大氣過于稀薄，不到地球大氣層密度的1%，因此純靠火星大氣制動效果不理想。如果能在超音速階段就打開降落傘，有利于延長減速時間，為后續反推火箭的啟動做好準備。

然而，超音速開傘必定對降落傘的承受能力提出了很高的要求。美國在毅力號之前所有的“登火”任務，使用的都是亞音速降落傘，在毅力號上才第一次使用了超音速降落傘。這就是說，在超音速降落傘技術環節，中美打了個平手。

在最后的下降階段，天問一號著陸器使用了12臺姿態控制發動機和1臺變推力發動機進行減速，協調配合十分完美。相比之下，美國毅力號降落時采用天車設計，天車上只有8臺兩兩一組的小型變推力發動機，采用有一定交叉角傾斜布置的方式，復雜程度比天問一號低了不少。

天問一號著陸器在最后階段的智能識別技術也是亮點，它使用了微型相控陣雷達和激光三維雷達實現凝視識別，技術水平在世界上是最高的。

小巧精干的火星車

在天問一號成功著陸火星后，剩下的任務就交給祝融號火星車了。祝融號火星車好似蝴蝶一樣，它有1.85米高、240公斤重，別看體型并不是特別大，但卻是一個本領強大的多面手，將在未來承擔巡視和考察火星地表的任務。

祝融號對標的是美國勇氣號、機遇號這對雙胞胎火星車，它們都使用太陽能電池板供電，大小也相近，分別是240公斤（祝融號）對185公斤（勇氣號、機遇號）。

未來祝融號的一大看點，是和美國的勇氣號、機遇號比誰的“命”長，不過，可能要再過好多年才能比出結果。勇氣號在火星上工作了8年，最后陷到一個坑里出不來，只能結束自己的使命;而機遇號則工作了長達15年，最后由于沙塵暴吹起的塵埃遮蓋了太陽能電池板，電力告罄而無法蘇醒。祝融號在這兩方面都做了優化，以避免類似事件發生。

祝融號火星車還有一個獨特本領，它的每個輪子都能獨立轉向，如果一個輪子被卡住了，可以通過橫向運動擺脫。祝融號甚至可以利用自己的懸掛系統，把整個車身抬起來——先將前面的輪子卡住不動，然后通過懸掛系統改變前后輪的間距，讓輪子以“蠕動”的方式前進，就算輪子打滑都不怕。

為解決灰塵覆蓋太陽能電池板的問題，祝融號的太陽能電池板有一項很特別的設計：電池板表面膜結構使得灰塵很難附著在電池板上。更特別的是，祝融號的太陽能電池板不僅能展開，還能合起來。通過讓太陽能電池板立起來，可以抖掉上面的灰塵，避免機遇號悲劇事件的發生。相比之下，美國的勇氣號、機遇號太陽能電池板展開之后就卡死了，是不能再翻轉回去的。

作為我國首個火星探測器，天問一號在很多方面做到了世界領先。這代表了我國的火星探測能力和科技實力的巨大進步，也代表了中國人對火星的向往與追求。讓我們一起祝福天問，祝福祝融，愿日后的火星探測任務一切順利！