"天问一号"闯过“恐怖9分钟”，背后到底有多难？
来源：倍可亲(backchina.com)
这一刻必将被历史铭记。
5月15日 ，中国首个火星探测器“天问一号”稳稳降落在首选落点——火星北半球的乌托邦平原，在火星上首次留下中国印迹，迈出了中国星际探测征程的重要一步。
天问一号探测器自2020年7月23日成功发射，精确入轨后已按预定飞行程序在轨飞行了约295天。5月15日凌晨1时许，“天问一号”在火星停泊轨道上进入着陆窗口，探测器实施降轨，4时许，着陆巡视器与环绕器分离，历经约3小时飞行后，进入火星大气，经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲，成功软着陆于预选着陆区。两器分离约30分钟后，环绕器进行升轨，返回停泊轨道，为着陆巡视器提供中继通信。
天问一号由环绕器和着陆巡视器组成
这次天问一号的成功软着陆，书写了中国航天的又一个传奇。
这一步实在太难、太惊险了。从开始踏上进入点的那一刻起，天问一号就迎来了此次探火旅程中最为凶险和惊心动魄的“恐怖9分钟”。整个降落过程大致分为进入-下降-着陆三步，简称为EDL（Entry、Descent、Landing）。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，这个过程要克服高温和姿态偏差。
气动减速完成后，天问一号的下降速度也减掉了90%左右。紧接着，打开降落伞进行伞系减速，当速度降至100米/秒时，通过反推发动机进行减速，由大气减速阶段进入动力减速阶段。
天问一号着陆巡视器开伞模拟图
在距离火星表面100米时，进入悬停阶段，完成精避障和缓速下降后，着陆巡视器在缓冲机构的保护下，抵达火星表面。
天问一号悬停避障后着陆模拟图
总的来说，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/小时。
天问一号着陆全程示意图
目前，人类火星探测任务成功率仅有五成左右，大部分失败都是折戟在“EDL”这一阶段，这也是火星探测最大的难点。难就难在，这个过程需要融合气动外形、降落伞、发动机、多级减速和着陆反冲等多项技术才能实施软着陆，而且整个环节都必须确保精准无误，差一秒都可能造成整个任务的失败。譬如，首当其冲的减速问题上，超音速降落伞是难度最大的一个环节，天问一号在使用降落伞时要保证在超音速、低密度、低动压下打开，而这个过程存在开伞困难、开伞不稳定等问题。
值得一提的是，虽然此前中国已有月表着陆经验，但是此次天问一号火星软着陆任务更加艰难。
其一，与月球探测任务相比，火星探测不仅要面临最远4亿公里的遥远距离，通信时延单程达到20分钟左右，因此整个着陆过程相距遥远的地球来不及做任何处置，只能靠天问一号自主完成。
其二，火星环境与地球环境有较大差异，火星大气稀薄，受季节、夜昼、火星风暴等影响非常不稳定；同时，表面地形复杂，遍布岩石、斜坡、沟壑等障碍物，尘暴较地球也更为严重。面对这样的未知环境，中国没有火星大气模拟实测手段，也没有经过飞行验证后的数据。可以说，以上种种因素都给着陆火星带来极大难题，任何一个因素考虑不周，都可能功败垂成。
为此，早在“EDL”前，天问一号在火星停泊轨道上就对着陆区进行了详查预探测，获取了大量的着陆区地形地貌的数据，并对火星尘暴发生的概率进行了评估。同时，火星探测器继承了嫦娥三号、四号、五号成熟的悬停、避障技术，以确保安全着陆。在上述这些措施的基础上，中国科研人员还在国际上首次采用了基于配平翼的弹道-升力式进入方案，以降低火星大气参数不确定性带来的风险，提高适应能力。
着陆在火星北半球乌托邦平原的天问一号
天问一号成功登陆火星后，中国第一辆火星车“祝融号”将在着陆一个星期后驶出着陆平台，开启中国首次火星巡视之旅。届时，中国将成为世界上第一个首次通过一次任务实现火星环绕、着陆、巡视探测的国家，也将成为世界上第二个实现火星车安全着陆和巡视探测的国家。
