胜利登火！天问一号人身安全度过“恐惧9分钟”

5月15日，由航天科技集团五院抓总研制的天问一号火星探测器稳稳降掉在首选掉点——火星北半球的乌托邦平原。
现在，人类火星探测任务胜利率仅有50%上下，而胜利登陆火星表面并顺利展开工作的探测任务胜利率则更低，大约只管20%，困难程度可想而知。
火星探测器进入火星大气的时速约为21000公里，但要在7-9分钟内，让速度在受控状况下降为0，完成在火星上人身安全着陆，这是火星探测任务中技术困难程度最大、失败率最高的关键要素，大局部失败都是折戟在这一阶段。
天问一号探测器的“祝融”号火星汽车。 谢瑞强 图
“恐惧9分钟”
5月15日清晨2时多，天问一号在火星停靠轨道上进入着陆窗口，随后探测器施行降轨，盘绕器和着陆巡视器开端器器别离，继而盘绕器升轨返回停靠轨道，着陆巡视器运转到间隔火星表面 125 公里高度的进入点，开端进入火星大气，并最终软着陆在火星表面。
要想平安稳固地降掉到火星表面，首要问题就是让高速公路飞驰的天问一号减速。“超音速降掉伞是减速技术中困难程度最大的一个环节，天问一号在应用降掉伞时要保障在超音速、低密度、低动压下打开，而这个过程存在开伞艰难、开伞不稳固等问题。”航天科技集团五院天问一号探测器总体主任设计师王闯引见说，“ 因为火星大气十分稀薄，进入火星时要求探测器的气动外形具有高效的减速性能，同时需求更轻量化的防热资料。”
除了了减速设计，火星进入计划的抉择也至关重要，甚至能够说决断“生死”。由于，从开端踏上进入点的那一刻起，天问一号就迎来了这次探火行程中最为凶险、最为触目惊心的“恐惧 9 分钟”。现在，人类火星探测任务胜利率仅有五成上下，大局部失败都是折戟在“进入/下降/着陆（简称 EDL）”这一阶段。
“火星探测最大的难点就是 EDL，这个过程需求交融气动外形、降掉伞、发起机、多级减速与着陆反冲等多项技术能力施行软着陆。每一个环节都必需确保精准无误，差一秒均可能造成整个任务的失败。”航天科技集团五院天问一号探测器总设计师孙泽洲说。为此，早在 EDL前，“天问一号”在火星停靠轨道上就对着陆区进行了详查预探测，获咎了大量的着陆区地形地貌的数据，并对火星尘暴出现了的几率进行了评价；同时，火星探测器承继了嫦娥三号、四号、五号成熟的悬停、避障技术，以确保人身安全着陆。“在上述这些法子的根底上，咱们还在国际上初次采纳了基于配平翼的弹道-升力式进入计划，以降低火星大气参数不确定性带来的危险，进步顺应才能。”
据航天五院总体设计部⽕星探测器总体主任设计师王闯引见，天问⼀号在进⼊⽕星⼤⽓层以后⾸先借助⽕星⼤⽓，进⾏⽓动减速，这个过程它克服了⾼平和姿势偏差。⽓动减速实现后，天问⼀号的下降速度也减落了90% 上下。紧接着天问⼀号打开降掉伞进⾏伞系减速，当速度降⾄100米/秒时，天问⼀号经过反推发起机进⾏减速，由⼤⽓减速阶段进⼊动⼒减速阶段。在间隔⽕星表⾯100⽶时，天问⼀号进⼊悬停阶段，实现精避障弛缓速下降后，着陆巡视器在缓冲机构的维护下，到达⽕星表⾯。
总的来讲，整个过程天问⼀号在9分钟内将约2万千⽶/⼩时的速度降⾄到0⽶/时。值得⼀提的是，尽管在此之前我国已有⽉表着陆经历，然而这次天问⼀号⽕星软着陆任务愈加困难。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%上下），另外，火星表面地形复杂，遍及岩石、斜坡、沟壑等障碍物；火星尘暴较地球更为重大。这些要素给着陆火星带来了极浩劫题，人身安全着陆危险十分高；另⼀⽅⾯⽕星离地球间隔愈加悠远，最远4亿千米，通讯时延单程达到 20 分钟上下，因而整个着陆过程相距悠远的地球来不及做任何处分，只能靠天问⼀号⾃主实现，经验“未知9分钟”。
航天科技集团五院总体设计部⽕星巡视器总体主任设计师陈百超示意：“我国是⾸次施行⽕星探测任务，对⽕星的环境，特别是⼤⽓，相似这些参数，咱们没有⼀⼿数据。所以相当于咱们到了⼀个齐全未知的⼀个环境，这类困难程度可想⽽知。”
天问一号探测器模型。 谢瑞强 图
接下来做什么？
胜利着陆后，“绕”“着”“巡”的串连任务终于进⾏到最后⼀步。着陆后，进⼊舱将着陆消息经过盘绕器转发地⾯。进⼊舱与⽕星⻋前后实现坡道及太阳翼天线开展，⽕星⻋将在第⼀时间将胜利开展的信息传回地⾯。⼀切预备就绪后，⽕星⻋将⾃主驶离进⼊舱，到达⽕⾯，开端新的征程！探测⽕星不只是⼯程任务的突破，更是⾏星科学领域的突破。
除了了惯例的通讯、动力（太阳能帆板）、⽀撑构造、动⼒系统等局部外，“天问⼀号”全体上携带了13种科学载荷，此中7个在⽕星上空的盘绕器上，辨别是中分辨率相机、⾼分辨率相机、次表层探测雷达、⽕星矿物光谱探测仪、⽕星磁强计、⽕星离⼦和中性粒⼦剖析仪、⽕星能ᰁ粒⼦剖析仪。6台散布在⽕星⻋上，辨别是多光谱相机、次表层探测雷达、⽕星表⾯成份探测仪、⽕星表⾯磁场探测仪、⽕星⽓象测仪、地形相机。它们共有五⼤使命，主要触及⽕星空间环境、地表形貌特色、⼟壤表层构造等钻研，将给中华人民共和国带来⽕星的第⼀⼿材料。此中，和⽓象相关的钻研项⽬将搜集相关温度、⽓压、⻛速与⻛向的⼤⽓数据，并钻研⽕星的磁场与⼒场，这些也将解答⼤众的猎奇——⽕星终究是什么样的⽓候。
依照方案，90个⽕星⽇后，⽕星⻋将完结巡视探测⼯作，盘绕器也将进⾏轨道调整，从⽽展开盘绕科学探测。
天问一号探测器的着陆器模型。 谢瑞强 图
为何选乌托邦平原？
这次天问一号着陆首选掉点是火星北半球的乌托邦平原，为什么抉择这里呢？
乌托邦平原（拉丁语：Utopia Planitia），又译作乌托邦低原，为火星上最大的平原，直径3200千米，中央为49.7°N 118°E，位于阿尔及尔平原的对跖点上。1976年9月3日，美国“海盗2号”火星探测器在此平原着陆，对着陆点四周进行了探测。
依据有关材料，这是一个巨大撞机平原，数十亿年前这里被海洋笼罩。依据探测数据，在乌托邦平原的中心区域，比火星基准高度低7公里。这对火星汽车着陆很有利，由于地势低，则气压比较高，火星汽车着陆时遭到大气的阻力比较大，有利于软着陆。
据称，乌托邦平原拥有肯定储量的地下冰层，平原上有间隙冰等地下物质活动的痕迹，构成了多边形地貌，具备较高的探究价值。中华人民共和国国家航天局探月和航天工程中心副主任、中华人民共和国初次火星探测任务头条讲话人刘彤杰在此之前也曾示意，地质学家说这里极可能是一个古海洋所在地。在古海洋与古陆地交界的地方，科学家以为这个地方有很高的科学价值，很有可能会获得意想不到的科学效果。