“天問⼀號”探測器於昨天成功軟著陸⽕星表⾯。目前，祝融號火星車正在進行“體檢”，“體檢”合格後，5月22日，它將會駛離著陸平臺，開展巡視探測等⼯作。預計於5月28日，巡視器與著陸器還將進行兩器互拍。屆時，我們就能看到來自火星的壯美景觀和五星紅旗閃耀火星了。
天問一號發射前，航天科技集團五院天問一號探測器系統總設計師孫澤洲和團隊在文昌發射場呆了整整4個月，一直到發射之後才回來。在新疆，他們尋找模擬火星環境的沙漠，做了一個月的測試；在內蒙古，他們在空曠的草原做空投試驗；在河北，他們也待了兩個多月，測試探測器的避障等能力。尤其在新疆，那裡風沙很大，有時，孫澤洲被風沙吹得灰頭土臉。而天問一號著陸前這兩個月，他一天也沒休息，一直在梳理整個著陸的各個環節中可能存在的狀況，確保不出現漏項。
天問一號已經是孫澤洲作為總設計師設計的第三個深空探測器。此前，嫦娥三號和嫦娥四號也都是孫澤洲與團隊的成果。孫澤洲的這種“拉滿弓”的狀態，從2004年嫦娥工程立項就開始了。也是從那年開始，中國航天正式進入探月時代。而我國的月球車，正是他操刀設計的。
在得知天問一號成功著陸火星後，孫澤洲和探測器系統總指揮赫榮偉也緊緊擁抱在一起。他表示，與月球探測任務相比，火星探測不僅要面臨最遠 4 億公里的遙遠距離，而且火星環境與地球環境有較大差異且不確定，此外，我們沒有火星大氣模擬實測手段，也沒有經過飛行驗證後的資料，火星大氣稀薄受季節、夜晝、火星風暴等影響非常不穩定；火星表面地形複雜，遍佈岩石、斜坡、溝壑等障礙物；火星塵暴較地球更為嚴重。這些因素給著陸火星帶來了極大難題，安全著陸風險非常高。要想平安穩定地降落到火星表面，首當其衝的問題就是讓高速賓士的“天問一號”減速。超音速降落傘是減速技術中難度最大的一個環節，天問一號在使用降落傘時要保證在超音速、低密度、低動壓下開啟，而這個過程存在開傘困難、開傘不穩定等問題。“每個環節都必須確保精準無誤，差一秒都可能造成整個任務的失敗。”孫澤洲說。為此，早在 EDL前，“天問一號”在火星停泊軌道上就對著陸區進行了詳查預探測，獲取了大量的著陸區地形地貌的資料，並對火星塵暴發生的機率進行了評估；同時，火星探測器繼承了嫦娥三號、四號、五號成熟的懸停、避障技術，以確保安全著陸。這一次，我們還在國際上首次採用了基於配平翼的彈道-升力式進入方案，以降低火星大氣引數不確定性帶來的風險，提高適應能力。
孫澤州介紹說，天問一號火星探測器從火星大氣層外緣透過軟著陸的方式降落到火星表面，整個著陸過程步步驚心，技術十分複雜，大致分為以下幾個步驟：先是探測器瞄準進入火星大氣層的一個狹窄的進入走廊，接著氣動減速，然後火星專用降落傘展開；待降落傘完成使命後，探測器拋掉大底和背罩，露出著陸平臺和火星車；大推力發機動開始工作，探測器觀察地面，尋找最安全的具體著陸地點；最後四條著陸腿穩穩降落在火星表面。整個過程，短暫又複雜，地面完全沒有干預的機會，完全靠“天問一號”自主決定各個動作執行的時機。
孫澤洲說，我們現在探測火星的經驗，很大程度上是在探月的基礎上積累的，探月為我們的行星探測打下了很好的基礎，這次敢於一次任務同時實現“繞、著、巡”就是因為之前我們在月球著陸時打下的技術基礎，這些技術可以服務於探測器登陸火星一些問題的解決。但從38萬公里到4億公里，這個難度級數不是在一個檔次的。並且，火星的大氣由於季節的變化，存在很大的不確定性。“深空探測，第一次總是有困難的，但隨著我們走的次數越多，越來越遠，我們留在太空中的這些航天器，他們不僅完成他們的航天任務，他們還可以為後續任務提供中繼支援、遙感資料支援等。”如今，天問一號成功登陸火星後，我國第一輛火星車即將閃亮登場。讓我們期待“祝融”的精彩表演。
9分鐘內速度從2萬千⽶/小時降⾄到0米/時
航天科技集團五院總體設計部⽕星探測器總體主任設計師王闖告訴記者，被⽕星成功捕獲以後，天問⼀號經過⼏個⽉的充分準備終於開啟了第⼆階段任務——“著陸”。⽕星的北半球多平原，南半球多⼭地，因此此次⽕星軟著陸的地點就選擇在⽕星北半球的烏托邦平原的南部。整個降落過程⼤致分為進⼊——減速——軟著陸三步，簡稱為 EDL（Entry，Descent，Landing）。天問⼀號在進⼊火星⼤⽓層以後⾸先借助⽕星⼤⽓，進⾏⽓動減速，這個過程它克服了⾼溫和姿態偏差。⽓動減速完成後，“天問⼀號”的下降速度也減掉了 90 % 左右。緊接著“天問⼀號”開啟降落傘進⾏傘系減速，當速度降⾄ 100米/秒時，天問⼀號透過反推發動機進⾏減速，由⼤⽓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後，著陸巡視器在緩衝機構的保護下，抵達⽕星表⾯。
總的來說，整個過程天問⼀號在 9分鐘內將約 2萬千⽶/⼩時的速度降⾄到0 ⽶/時。值得⼀提的是，雖然此前我國已有⽉表著陸經驗，但是此次天問⼀號⽕星軟著陸任務更加艱難。一方面⽕星表⾯存在⼤⽓（⽕星表⾯⼤⽓的密度是地球表⾯⼤⽓密度的 1%左右），因此⽕星比月球的環境更復雜；另⼀⽅⾯⽕星離地球距離更加遙遠，通訊時延單程達到 20 分鐘左右，因此整個著陸過程相距遙遠的地球來不及做任何處置，只能靠天問⼀號主完成，經歷“未知9分鐘”，這9分鐘也可以稱為“黑色9分鐘”。
“ 由於火星大氣非常稀薄，進入火星時要求探測器的氣動外形具備高效的減速效能，同時需要更輕量化的防熱材料。”除了減速設計，火星進入方案的選擇也至關重要，甚至可以說決定“生死”。因為，從開始踏上進入點的那一刻起，天問一號就迎來了此次探火旅程中最為兇險、最為驚心動魄的“恐怖 9 分鐘”。目前，人類火星探測任務成功率僅有五成左右，大部分失敗都是折戟在“進入/下降/著陸（簡稱 EDL）”這一階段。“火星探測最大的難點就是 EDL，這個過程需要融合氣動外形、降落傘、發動機、多級減速和著陸反衝等多項技術才能實施軟著陸。
“降軌、分離、升軌”三步曲步步驚心
這一次，火星環繞器由中國航天科技集團八院抓總研製。與美國“毅力號”到達火星直接著陸不同，我國天問一號採取先環繞再著陸的方式，主要原因是我國首次發射探測器去火星，對火星表面環境及地形不是很瞭解，需要先捕獲進入環火軌道，在環火停泊軌道上對著陸區進行詳查，確定著陸區情況後再進行著陸火星。
兩器分離及著陸過程是什麼樣的？航天科技集團八院天問一號探測器副總指揮張玉花介紹說，天問一號火星探測器在週期為兩個火星日的停泊軌道上執行，在到達近火點前約6小時，環繞器4臺120N發動機點火約兩分多鐘，實施降軌機動，進入火星大氣進入軌道，之後轉為兩器分離姿態，並執行兩器分離動作。著陸巡視器和環繞器分離後，繼續沿火星大氣進入軌道飛行，分離後再經過3個多小時進入火星大氣，依靠氣動外形減速、降落傘減速、發動機減速、懸停避障，最終安全著陸在火星表面。環繞器則在分離半小時後進行升軌機動，返回停泊軌道。
如何知道兩器分離及著陸過程中資訊？八院技術專家昨天介紹說，兩器成功分離後，環繞器和著陸巡視器透過UHF中繼通訊裝置進行資訊互動，著陸巡視器將分離後及著陸過程中的遙測資訊透過UHF中繼通訊傳送給環繞器，環繞器使用大口徑高增益天線對地轉發這些重要遙測資料，再經過17分鐘左右的無線電波遠距離傳輸時間，地面就可以收到這些重要的著陸過程資訊。
著陸之後後續工作有哪些？她說，著陸巡視器安全著陸後，進行桅杆、太陽翼、天線、車輪等機構的釋放展開，火星車駛離著陸平臺，行駛到火星表面開展巡視探測。環繞器在完成著陸過程的中繼通訊任務後，再在週期為兩個火星日的停泊軌道上執行一圈，之後在近火點實施變軌機動，將軌道變為週期為三分之一個火星日的中繼軌道，這樣一個火星日內，環繞器可為火星車提供一次近火點中繼通訊和一次遠火點中繼通訊，為後續的巡視探測任務提供指令上注和探測資訊傳輸服務。
即將開啟火星探險
成功著陸後，“繞”“落“巡”的串聯任務終於進⾏到最後⼀步。著陸後，進⼊艙將著陸資訊透過環繞器轉發地⾯。進⼊艙和⽕星⻋先後完成坡道及太陽翼天線展開，⽕星⻋將在第⼀時間將成功展開的訊息傳回地⾯。⼀切準備就緒後，⽕星⻋將⾃主的駛離進⼊艙，抵達⽕⾯，開始新的征程。
探測⽕星不僅是⼯程任務的突破，更是⾏星科學領域的突破。除了常規的通訊、能源（太陽能帆板）、⽀撐結構、動⼒系統等部分外，“天問⼀號”整體上攜帶了 13 種科學載荷，其中 7 個在⽕星上空的環繞器上，分別是中解析度相機、⾼解析度相機、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臺分佈在⽕星⻋上，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、⽕星⽓象測量儀、地形相機。它們共有五⼤使命，主要涉及⽕星空間環境、地表形貌特徵、⼟壤表層結構等研究，將給中國帶來⽕星的第⼀⼿資料。其中，與⽓象有關的研究項⽬將收集有關溫度、⽓壓、⻛速和⻛向的⼤⽓資料，並研究⽕星的磁場和重⼒場，這些也將解答⼤眾的好奇——⽕星究竟是什麼樣的⽓候。
登陸火星後，接下來將在合適的時機釋放祝融號火星車。⽕中國曾數次造訪⽉球，積累了寶貴的經驗。但⽉球與⽕星最⼤的不同，便在於⽉表近乎真空，⽽⽕星有⼤⽓層。這則會⼤⼤增加探索⽕星的難度。⽕星上的⻛速可達每秒 180⽶，這⼏乎是地球上特⼤臺⻛⻛速的3倍還多。這如野獸般兇暴的烈⻛會掀起⼤量的沙塵，石塊，形成特⼤沙暴。⾯對這樣的情況，設計師使⽤了⼀種新型材料，這種材料不易沾上灰塵，即使沾上，也可以透過振動將其抖落。⽕星表⾯還密佈著⽯塊等障礙物，這就使得⽕星⻋的⾏駛需要更加地“⼩⼼翼翼”。以免被障礙物卡住造成操作的遲滯。當在⽕星上遇到複雜的路況時，地球上的⽕星⻋將對⽕星路況進⾏模擬⾏駛，確認⽆誤後才會發出指令。按照計劃，90個⽕星⽇後，⽕星⻋將結束巡視探測⼯作，環繞器也將進⾏軌道調整，從⽽開展環繞科學探測。
廣州日報·新花城記者：肖歡歡
廣州日報·新花城編輯：蔡凌躍