我國星際探測征程邁出重要一步

“天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？”兩千多年前，詩人屈原仰望蒼穹，發(fā)出“天問”。兩千多年后，以屈原長詩命名的天問一號探測器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，完成了一次教科書式的精準著陸，在火星上首次留下中國人的印跡，邁出了我國星際探測征程的重要一步。

在太空中長途跋涉295天，天問一號一路走來經(jīng)歷了哪些激動人心的時刻？著陸火星后還有哪些使命和看點？

奔火之路 殊為不易

2020年7月23日，我國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器在文昌航天發(fā)射場搭載長征五號遙四運載火箭成功發(fā)射。

自發(fā)射以來，天問一號經(jīng)歷了地火轉(zhuǎn)移段、制動捕獲段、環(huán)火飛行段等飛行過程，成功完成火星制動捕獲，完成了“繞、著、巡”三大目標中環(huán)繞探測目標。

在地火轉(zhuǎn)移期間，天問一號完成了地月成像、四次中途修正、深空自拍、深空機動等一系列操作，至今令人印象深刻。

——深情回望，拍攝地月合影。2020年7月27日，環(huán)繞器在飛離地球約120萬公里處回望地球，利用光學導(dǎo)航敏感器對地球、月球成像，獲取了清晰的地月合影。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月狀，在茫茫宇宙中交相輝映。

——軌道修正，讓天問飛得更穩(wěn)。天問一號先后完成了四次中途軌道修正，對3000N發(fā)動機及120N、25N推力器在軌性能、工作模式進行了全面驗證。

——深空自拍，五星紅旗閃耀太空。2020年10月1日，國家航天局發(fā)布了天問一號探測器飛行圖像，圖上的五星紅旗光彩奪目，呈現(xiàn)出鮮艷的中國紅，這是我國探測器采用分離測量傳感器完成首次深空自拍。

——首拍火星，成功獲取中國首幅近火圖像。2021年2月5日，國家航天局發(fā)布了天問一號在距離火星約220萬公里處，獲取的首幅火星圖像。本次成像采用環(huán)繞器高分辨率相機的黑白成像模式。

——近火制動，環(huán)繞火星成功。2021年2月10日，天問一號探測器實施近火制動，3000N發(fā)動機開機工作約15分鐘，探測器順利進入近火點高度約400公里，遠火點高度18萬公里，周期約10天，傾角約10度的大橢圓環(huán)火軌道，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星，實現(xiàn)“繞、著、巡”第一步“繞”的目標，環(huán)繞火星獲得成功。

2021年2月12日，國家航天局發(fā)布天問一號制動捕獲過程動態(tài)影像，火星大氣層及表面形貌清晰可見。

2021年2月24日，天問一號探測器成功實施第三次近火制動，進入周期2個火星日的火星停泊軌道后，對火星開展全球遙感探測，并對預(yù)選著陸區(qū)進行詳查，探測分析地形地貌、沙塵天氣等，為著陸火星做準備。

踏上火星 感覺良好

被火星成功捕獲以后，天問一號經(jīng)過幾個月的養(yǎng)精蓄銳終于開啟了第二階段任務(wù)——“著陸”?；鹦堑谋卑肭蚨嗥皆?，南半球多山地，此次火星軟著陸的地點就選擇在火星北半球烏托邦平原的南部。

整個降落過程大致分為“進入-減速-軟著陸”三步。航天科技集團五院總體設(shè)計部火星探測器總體主任設(shè)計師王闖介紹，天問一號在進入火星大氣層以后首先借助火星大氣，進行氣動減速，這個過程它克服了高溫和姿態(tài)偏差，氣動減速完成后天問一號的下降速度也減掉了90%左右。

緊接著天問一號打開降落傘降速，當速度降至100米/秒時，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，抵達位于火星東經(jīng)109.9°北緯25.1°的著陸點。

總的來說，整個過程天問一號在9分鐘內(nèi)將約2萬千米/小時的速度降到0。值得一提的是，雖然此前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(wù)更加艱難。

專家表示，一方面火星表面存在大氣，因此火星比月球表面有更復(fù)雜的環(huán)境;另一方面火星離地球距離更加遙遠，通信時延達到20分鐘左右，因此整個著陸過程相距遙遠的地表來不及做任何處置，只能靠天問一號自主完成，經(jīng)歷“生死九分鐘”。

航天科技集團五院總體設(shè)計部火星巡視器總體主任設(shè)計師陳百超表示，天問一號是我國首次火星探測任務(wù)，對火星的環(huán)境，特別是大氣等參數(shù)，我們沒有一手數(shù)據(jù)，所以相當于我們到了一個完全未知的環(huán)境，難度和挑戰(zhàn)可想而知。

著陸火星 使命不凡

成功著陸后，“繞、著、巡”的串聯(lián)任務(wù)終于進行到最后一步。首先，著陸器將著陸信息通過環(huán)繞器轉(zhuǎn)發(fā)地面，先后完成坡道及太陽翼天線展開，火星車在第一時間將成功展開的消息傳回地面。一切就緒后，祝融號火星車將自主駛離著陸器，抵達火星表面，開啟新的征程。

探測火星不僅是工程任務(wù)的突破，更是行星科學領(lǐng)域的突破。

除了常規(guī)的通訊、能量來源（太陽能帆板）、支撐結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)等部分外，天問一號整體上攜帶了13種科學載荷，其中7個在火星上空的環(huán)繞器上，分別是中分辨率相機、高分辨率相機、次表層探測雷達、火星礦物光譜探測儀、火星磁強計、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀。6臺分布在火星車上，分別是多光譜相機、次表層探測雷達、火星表面成分探測儀、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀、地形相機。

它們共有五大使命，主要涉及火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等研究，將給我國帶來探測火星的一手資料。其中，與氣象有關(guān)的研究項目將收集有關(guān)溫度、氣壓、風速和風向的大氣數(shù)據(jù)，并研究火星的磁場和重力場，這些也將解答大家的疑惑——火星究竟是什么樣的氣候。

“天問一號成功著陸火星，成為我國星際探測征程上具有里程碑意義的重要一步?！蔽覈状位鹦翘綔y任務(wù)工程總設(shè)計師張榮橋表示，經(jīng)過6年的科研攻關(guān)，發(fā)射場百余天的堅守，以及295天的飛行控制，天問一號實現(xiàn)了一次教科書式的精準著陸，展示了我國深空探測技術(shù)的先進能力，體現(xiàn)了我們集中力量辦大事的制度優(yōu)勢。

后續(xù)，除了火星車要在火星表面進行巡視探測外，天問一號環(huán)繞器也將繼續(xù)工作。天問一號探測器副總指揮張玉花說，環(huán)繞器將在完成著陸過程的中繼通信任務(wù)后，在周期為兩個火星日的停泊軌道上運行一圈，之后在近火點實施變軌機動，將軌道變?yōu)橹芷跒槿种粋€火星日的中繼軌道，這樣一個火星日內(nèi)，環(huán)繞器可為火星車提供一次近火點中繼通信和一次遠火點中繼通信，為后續(xù)的巡視探測任務(wù)提供信息傳輸服務(wù)。

火神“祝融” 荒野求生

火星的環(huán)境是出了名的惡劣，要想完成使命，火星車首先得存活下來。這就需要祝融號足夠強大。

中國曾數(shù)次造訪月球，積累了寶貴的經(jīng)驗。但月球與火星最大的不同，便在于月表近乎真空，而火星有大氣層，這大大增加了探測火星的難度。

如果只是看圖片，火星的地貌似乎與地球上的沙漠戈壁無異。事實上，火星上的風速可達每秒180米，這幾乎是地球上特大臺風風速的3倍還多?？耧L會掀起大量的沙塵、石塊，形成特大沙暴，讓祝融號的眼睛蒙塵、翅膀不再靈活。

面對這樣的情況，設(shè)計師們使用了一種新材料，這種材料不易沾上灰塵，即使沾上，也可以通過振動將其抖落。火星表面還密布著石塊等障礙物，這就使得火星車的行駛需要更加“小心翼翼”，以免被障礙物卡住造成操作的遲滯。

那么，如何讓火星車的每一步都走得更加穩(wěn)妥呢？在北京的實驗室中，有一臺一模一樣的火星車。當在火星上遇到復(fù)雜的路況時，地球上的火星車將對火星路況進行模擬行駛，確認無誤后才會發(fā)出指令。

按照計劃，90個火星日后，火星車將結(jié)束巡視探測工作，環(huán)繞器也將進行軌道調(diào)整，從而開展環(huán)繞科學探測。

在航天科技集團五院總體設(shè)計部天問一號探測器副總設(shè)計師賈陽的案頭，擺放著一枚精美無比的藍色蝴蝶標本。據(jù)賈陽透露，火星車的設(shè)計靈感，正是來自這枚蝴蝶——無線電成了它的復(fù)眼，天線成了它的觸須，而火星車的車標，設(shè)計靈感也是來自800年前的印章文物?？茖W和詩意，在這一刻交融、升華。

全球矚目的祝融號這只“火星蝴蝶”，后續(xù)又會給人們帶來什么意想不到的發(fā)現(xiàn)和驚喜呢？請大家一起拭目以待吧！