中国首次火星探测任务天问一号探测器成功着陆

 在绕火星运行了三个月后，中国的天问一号火星探测器于2021年5月15日星期六凌晨安全降落在红色星球--火星上，标志着中国航天发展的又一里程碑。

 

国务院副总理韩正在北京航天控制中心现场观看了天问一号的降落。

国务院副总理刘鹤同时宣读了中国国家主席习近平对中国首次登陆火星探测成功的贺电。

在贺电中表示，登陆火星是中国星际探索的重要一步，是从地月系探索到行星际探索的飞跃。这次登陆首次在火星上留下中国烙印，是中国航天业发展的又一里程碑。由于科学团队迎接挑战和追求卓越的勇气，取得了杰出成就，使中国跻身行星探索领域领先国家之列。

 

“天问”这个名字，意思是向天堂提问，来自中国古代诗人屈原（约公元前340-278年）写的一首诗。中国的第一个火星探测车祝融，是以中国古代神话中的火神命名，正呼应了红色星球的名称。

 

2020年7月23日，由轨道器，着陆器和流动站组成的天问一号从中国南部岛屿海南省沿海的文昌航天器发射场发射升空。这是中国对太阳系进行行星探索的第一步，目的是在一次任务中完成在火星上的绕行，着陆和漫游。

 

中国火星探测任务首席设计师张荣桥说：“这是中国第一次真正脱离地月系统，并到达地球外行星。”作为世界第二个成功完成火星登陆的国家，获得的宝贵经验将为中国未来的太空飞行铺平道路。

 

在星期六的凌晨，中国第一个火星探测器天问一号开始从其停车轨道降低高度，并将速度从每秒约4.8公里降低到零。大约在04:00包裹着探测车和流动站的着陆舱与轨道器分离。飞行大约三个小时后，着陆太空舱冲向红色星球，进入火星大气层，开始了整个飞行任务中最危险阶段。

从那时起，着陆器和漫游者的任务就需要自主完成了，因为信号在火星和地球间传送大约需要18分钟，而着陆过程只需9分钟。在此期间，地面工程师无法干预，登陆车必须依靠预设系统。下降后，着陆组合车最终降落在指定的着陆区，即乌托邦平原的南部。科研流动站的设计预期是在火星上至少工作90天。

 

中国航天科技集团公司火星探测器的设计师说：“整个着陆过程是自主完成，并且是不可逆的。在地球上，我们不能干预，一切都必须由探测器本身完成。”

为了将其速度从每秒4.8公里的速度降低到零，飞船采用了三个着陆阶段：空气动力减速阶段，降落伞减速阶段和推力发动机减速阶段。

在第一阶段，携带着陆器和流动站的圆锥形太空舱，利用行星的大气来施加制动-也称为大气进入。由于红色星球上的大气密度仅为地球的百分之一，所以制空制动不足以减缓到达地面行程，但是当太空舱加速飞行时，确实将速度大大降低至每秒约460米。

在下一阶段，降落伞展开并开始活动，以吸收部分快速着陆冲击，并将速度降至每秒100米以下。降落伞以超音速的速度展开，并受尾流影响产生剧烈震动，这就对降落伞的气动性能和坚固性提出了特殊要求。降落伞伴随着太空舱下降，然后在大约95米的高度与外部护罩一起脱落，使飞行器进入下一阶段。

最后只剩下一个着陆平台和流动站，它们将一起使用一台主引擎完成剩余的减速。该技术与在月球着陆时的技术非常相似，所有操作都将由一个推力引擎完成。当探针到达火星表面时，便使推力速度降低到零。

 

中国科学家通过对行星数据的研究，选择了预定着陆点-乌托邦平原南部海拔4,000米以下的平坦区域。历史上，这里可能是一个古老的海洋或湖泊边缘，对于进一步探索，具有重大科学价值。所以最后决定以火星上的乌托邦平原作为其第一个火星探测车--祝融号的着陆点。

 

科学家在选择火星着陆点时考虑到海拔，坡度和岩石分布等多个因素。首先，希望着陆点的高度尽可能低。它可以使着陆时间更长，使着陆更平稳。其次是坡度，如果太陡，探测器的姿势很难控制，通讯将相对困难，探针会倾翻。

 

经过近七个月漫长的太空旅行后，飞船于二月进入火星轨道，该航天器并未急于进入最终的着陆场，而是首先进行了盘旋。并花费了两个多月的时间研究着陆区域。

 

运载天问一号的着陆器最后持续了大约九分钟降落。在大约600至800米的高度，探测器将使用光学传感器进行首次避障，并查看其着陆区是否有明显的障碍物或凹坑。当到达地面上方约100米处，激活另一个多功能避障传感器的三维激光图像模块。该模块将在大约10到15秒内进行第二次避障并发现自身一个安全着陆点。在仔细选择相对平坦区域后，着陆器缓慢下降，并以其四个缓冲腿安全降落在火星上。

 

中国天问一号探测器成功着陆后，中国第一艘火星探测车——祝融号将对着陆点进行整体成像，进行自我检查。然后将观察周围环境并开始它的探索之旅。经过大约一周的观察，它将环境数据传输到地面，航空控制中心将根据这些数据设计路线，来解锁红色星球的更多秘密。这是中国对太阳系进行行星探索的第一步，目的是一次性完成在红色星球上绕行、着陆和漫游的任务。

 

天问一号由一个轨道飞行器，一个着陆器和一个科研流动站组成。由于火星与地球之间的距离很大，因此漫游者祝融无法将数据直接传送回地球，而是通过轨道飞行器。为了准确、及时地传输数据，在离开流动站并进入中继轨道后，轨道器将在火星附近进行制动，以更好地完成中继通信任务。

 

中国科学家表示，将在5月17日在火星附近进行第四次制动，并将轨道周期从目前的大约48小时更改为8小时，这意味着该轨道器将每天绕轨道运行3次。

根据时间表，流动站在执行火星表面任务期间，每天将与轨道器传输数据约一个小时。传输后，数据将被发送回地球。有时候，轨道飞行器越过着陆区域并靠近火星，它将使用近距离中继传输数据。有时候，轨道飞行器越过着陆区但离火星较远，将使用远距离中继传输数据。根据计划，数据将在传输完成之前不会被发送回地球。然后当轨道器到达时，一个合适的时候，这些收集的数据再被发送回地球。地球与火星相距约3.2亿公里，这导致传输速率变慢，因此它需要一点一点地缓慢传输。

 

中国的火星飞行任务于2016年正式立项。国家航天局在2020年左右启动首次火星飞行任务，并在一次飞行任务中完成对火星的绕行，着陆和漫游。在整个项目过程中，中国国家航天局与欧洲航天局以及来自阿根廷，法国和奥地利等国家的其他组织密切合作。

在此之前，2011年11月，中国的萤火一号火星探测器与俄罗斯的Phobos-Grunt探测器一起发射。但是，俄方探测器未能成功变轨。

 

中国天问一号成功着陆在火星上，掀开了中国深空探索的新篇章，标志着人类对宇宙探索的又一贡献。