【每周科普】着陆火星！“天问一号”经历的关键时刻揭秘

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专栏将围绕花都区科普宣传工作重点，通过定期发布优秀科普作品，以科学实用、及时高效、通俗易懂为目标，普及科学知识，倡导科学、文明、健康的生活方式，提高广大群众科学文化素质。

第十二期的《每周科普》栏目

为大家科普——

天问一号火星着陆器

近日，

天问一号火星着陆器成功着陆火星，

我国成为第3个触摸这颗红色星球

的国家！

图片来源：新华社

大家在关注的同时也有很多好奇。

比如：为啥天问一号绕火星飞了3个多月才着陆？

祝融号着陆整个过程大概多久？

火星登陆会遇到哪些严峻考验……

接下来就为大家一一揭秘！

为啥天问一号绕火星飞了3个多月才着陆？

拍照、勘察着陆区。

2020年7月，天问一号发射奔火。

今年2月10日，天问一号进行高难度的刹车制动，成功被火星引力捕获，成为我国第一颗环绕火星的人造卫星。

2月24日，天问一号进入火星停泊轨道，开始运行约3个月。

那么，为什么要绕行这么久呢？

万事俱备再着陆。天问一号任务作为中国第一个火星探索任务，既需要通过变轨实现对火星各区域的探测覆盖，也会对火星的着陆区进行综合考察，包括成像、勘察，还需采集火星大气等数据，为接下来的着陆火星做好准备。

不仅考察需要时间，数据的分析处理也需要时间，在准备充分以后，天问一号就会释放着陆器，将祝融号火星车送上火星表面。

祝融号着陆的过程怎样？大概多久？

9分钟，“疯狂”刹车。

祝融号着陆器从轨道着陆的过程（Entry Descent Landing EDL）如图所示，大概可以分为降轨、分离、减速、悬停、着陆5个阶段。

着陆过程，来源:中国航天报

① 降轨

在下降前5小时，天问一号建立降轨姿态，轨道器发动机点火降低，进入近火点50公里的大椭圆轨道。

② 分离

在距离地面100多公里处，实现轨道器和着陆器分离。不妨把此时的时间作为进入大气的起点，自此开启约9分钟的着陆。

两器到达安全距离后，轨道器立即点火，抬升轨道进入中继轨道（环绕轨道）。轨道器升轨同时，也实时拍摄监测着陆器的下降过程。

③减速

两器分离后，有三个减速过程。分别是气动减速、伞降减速、动力减速。

一、气动减速，靠大气摩擦减速。此时展开配平翼，随着防热大底和大气不断摩擦，飞行器速度逐步降低，此阶段为纯气动减速段，消耗将近90%的速度，超音速减速伞打开。

二、伞降减速，超音速减速伞打开，此时高度约11公里，减速伞使用的是盘-缝-带设计伞。此时着陆器将先后抛掉防热大底和背罩轻装着陆。

三、动力减速，在着陆器同背罩分离同时，发动机点火，对地雷达随即开机，着陆缓冲机构（四条着陆腿）展开。

④ 悬停

通过调整发动机推力，使着陆器在高度100米时,速度为0，达到悬停的目的，着陆器下方的对地相机同时拍摄下方图像，自主分析并选择相对平整适宜着陆的点。着陆器调整姿态，前往着陆点，并开始下降。

着陆模拟，来源国家航天局

⑤ 着陆

通过着陆腿的缓冲机构抵消剩余的动能。着陆器缓缓降落在火星表面，此时垂直速度和水平速度都非常小，通过着陆腿的缓冲抵消剩余的动能，类似于人从高处跳下时的下蹲。

  天问一号的行迹  

去年7月23日，中国首个自主发射的火星探测任务“天问一号”搭载长征五号遥四运载火箭顺利升空，中国的火星之旅正式开始。在这期间这位向着火星狂奔的靓仔都做了什么呢？

图片来源：人民视觉

2021年2月5日20时，为确保顺利进入火星轨道，“天问一号”发动机点火，完成了地火转移段第4次轨道修正。此前，“天问一号”在距火星220万公里的地方给火星拍了第一张照片。

天问一号拍摄的首张火星影像｜国家航天局

2021年2月10日19时52分，“天问一号”探测器“刹车”减速，被火星引力捕获，成功进入火星轨道。

2021年2月24日6时29分，“天问一号”探测器成功实施近火制动并进入火星停泊轨道，天问一号将在这个椭圆形的停泊轨道上绕行火星，全面勘察扫描，选取合适的着陆点。

图｜央广网

  降落“恐怖八分钟”  

至此，“天问一号”总算跑到了火星家门口，绕着火星跑了200多天，把火星各个地方考察明白，选好地点开始准备带着“祝融”择机软着陆了。

在着陆期间，通讯信号以光速传到地球至少要十几分钟，而着陆过程只有八九分钟，且过程十分惊险。在这段时间，着陆器只能靠自己。因此登陆火星的过程又被描述为“恐怖八分钟”。

火星拥有大气，因此着陆器可以像在地球一样，使用空气阻力和降落伞结合的方式来减速。但火星大气十分稀薄，平均密度不足地球的1%。降落伞所能减到的最终速度依然很大，必须通过主动的动力制动减速，经过气动减速段、降落伞减速段、动力减速段和着陆缓冲段后，才能安全降落到火星表面。

任何一个步骤稍有不慎，闯入大气层产生的热量就可能超过隔热层的极限，着陆器会烧毁。
安全着陆后，火星车“祝融”与着陆架分离，独自开始自己的火星漫步，对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等进行科学探测。计划开展约90个火星日的巡视探测工作。

探索火星，我们已经启程，

这注定是一条充满挑战的荆棘之路，

但也是中国想要迈向行星，

去往更远的星球所必须拿下的起点。

来源：科普中国、果壳

编辑：花无缺