难！点亮火星的“黑色七分钟”
5月15日
一个激动人心的消息响彻在华北大地
天问一号着陆巡视器成功着陆于
火星乌托邦平原南部预选着陆区
中国首次火星探测任务着陆火星
取得圆满成功
天问一号登陆的难点
关键在于如何让探测器
成功“落”在火星上
为此，科学家们需在地球上
充分模拟火星环境
为天问一号探测器着陆火星进行“预演”
清华大学机械工程系
唐晓强教授率领硕博生
一起参与了这场任重道远的“预演”
今天，让我们一起聆听
这背后的攻坚故事
唐晓强
点亮“黑色七分钟”
在跋涉了近300天的漫长旅途后
天问一号火星探测器携带的着陆器
成功登陆火星
中国成为继美国后
第二个成功软登陆火星的国家
也是首次一次性完成
对火星“绕落巡”的国家
着陆器在着陆过程中需要依次完成
气动减速、伞系减速、动力减速、悬停避障
最终实现缓冲着陆
这短短的几分钟，也常常被称为
“黑色七分钟”甚至“死亡七分钟”
而其中防热大底和背罩的分离
以及缓冲着陆是非常关键的三个环节
着陆器着陆火星的“黑色七分钟”
为了预演火星环境下的分离与着陆过程
科学家们面临着重重技术难点
唐晓强教授课题组
历时三个月的时间
采用索驱动并联机器人
成功完成了火星着陆器防热大底
和背罩的地面分离试验和着陆试验
解决了着陆器在高速、高加速
扰动力和瞬态冲击影响下的
力传递和力施加难题
为天问一号成功登陆火星
奠定了坚实的理论及实验基础
唐晓强为同学们讲解火星着陆器防热大底和背罩的分离试验以及着陆试验
着陆器防热大底和背罩的分离试验
经历了两个月时间
负责该项试验的正是
唐晓强指导的博士生侯森浩
这也是他博士论文的主要研究内容
该试验是我国首次采用主动式
航天器分离测试方案的核心内容
填补了国内关于航天器防热大底
和背罩分离地面模拟实验的空白
首次实现了采用电机
完成高速瞬态力的施加
丰富了我国在深空探测领域的研究成果
防热大底和背罩的分离装置示意图
防热大底分离实验系统
虽然火星大气仅为地球1%
但着陆器在降落过程中速度
由16马赫降至零
火星的风扰仍然会严重影响
着陆器的飞行姿态
对防热大底和背罩分离
产生不可忽略的影响
对此，团队采用索驱动并联机器人
模拟防热大底和背罩分离的
扰动力和扰动力矩的施加
最终完成了轴向力、扰动力、扰动力矩
对末端执行器位姿的影响的研究
背罩分离实验系统
唐晓强指导的博士生孙海宁和硕士生韦金昊
负责着陆器的触地模拟试验
这是着陆器登陆火星的最后一个阶段
该试验需为着陆器提供
火星表面的重力环境
并保证在动态和瞬态冲击下
仍然实现精确的重力补偿
唐晓强课题组分别进行了
100%重力卸载和63%重力卸载
两种工况下的着陆器触地实验
卸载精度达到了95%
该试验是我国
首次实现着陆器的触地试验
完整预演了着陆器整个降落过程
着陆器触地模拟试验现场
争分夺秒！
适合火星探测的窗口期间隔非常长往往每隔26个月才出现一次而此次天问一号发射升空时间便是最近的一次窗口期
若本次没能成功完成“绕落巡”三大任务就要等到2023年下一窗口期因此每个试验环节唐晓强团队都面临着倒计时一旦哪一个项目没有按时完成指标整个计划就会功亏一篑所有成员面临着巨大压力
博士生侯森浩正在进行实验调试
在唐晓强的指导和鼓励下团队成员用一次次的加班加点、熬夜通宵终于按时完成项目指标诠释了清华人的责任与担当
5月15日上午7时30分唐晓强和所有航天人等来了五千多万公里外探测器成功着陆火星的好消息“我的心情啊，就是行了！天问一号成功着陆我的博士生也能顺利答辩了”唐晓强很欣慰
培养更多人加入
从中国天眼、天宫计划、探月计划
到今天的天问一号
唐晓强团队博士生
是各个重大项目的中坚力量
唐晓强在“FAST”项目中获得的奖章
在学生入学的一年内
唐晓强就会带领他们找到研究方向
帮助他们夯实理论基础
再让每个博士生参与一个工程项目
让他们在实际项目的试验中提出科学问题
“我不会让他们无穷无尽地做工程
每个学生只用半年到一年的时间
负责一个与自己课题相关的工程项目
在发现问题后，他们还有几年的时间
来专注于理论研究
将小的问题做深，提出创新理论
我认为这样才能不虚度博士生涯”
唐晓强说
博士生孙海宁在实验中
在唐晓强的课题组中
大多数博士生
毕业后都选择继续投身于
国家重大工程项目
2005级博士研究生姚蕊
将个人爱好和国家需求紧密结合
跟随唐晓强进行FAST馈源
支撑系统的研究工作
27岁正式加入“中国天眼”团队
见证了自己和FAST的共同成长
“我希望清华能有更多人
投身于航空航天事业”
这也是唐晓强日日夜夜所期盼的
唐晓强 清华大学机械工程系教授，博士生导师。主要研究方向为并联机器人、索驱动机器人、空间机械臂及相关智能数控装备和可重构制造系统等。国家大科学工程“500米口径球面射电天文望远镜”（FAST） 系统总工程师，国家自然科学基金、863项目、科技支撑计划等项目评审专家。已完成及正在承担我国航天领域三大计划（探月计划、天宫计划和火星计划）的多项核心实验装置研究工作。
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素材来源 | 清华研读间
排版 | 安妮
编辑 | 赵姝婧 安妮