中国天问一号成功登陆火星！比NASA早7天发射，为何晚3个月登陆？

来源：火星科普

2021-05-15

激动人心的时刻！2021年5月15日，我国的天问一号着陆器和巡视器组合体成功着陆火星最大平原——乌托邦平原，创造了中国航天史上的新里程碑，这一历史性时刻必将载入中国航天的光辉史册！中国航天从此真正走向深空，开始探索更为广阔的宇宙。

登陆火星面临着九死一生的挑战，整个过程凶险无比，持续大约7分钟的时间，故又被称为“恐怖7分钟”，这一切与未知的火星大气有关。虽然火星大气十分稀薄，表面大气压仅为地球表面大气压的0.628%，但这稀薄的大气成了登陆火星的梦魇。

登陆火星究竟有多难？

我们生活在地球上，可以通过很多方式去监测地球大气的风速、气压和密度，从而确保航天器再入大气时的安全。然而，人类对于火星的大气环境知之甚少，导致登陆火星充满了未知的危险，很多登陆火星的探测器都是殒命于此。

另外，登陆火星对于探测器的自主降落能力提出了极高的要求。这是因为地球和火星相距遥远，通信存在很大的延迟，地球上的控制中心不可能实时控制着火星上的探测器。

目前，火星正是远离地球的时候，地火的距离达到了3.18亿公里。从地球上发射出的无线电信号以光速传播，也要17.7分钟的时间才能抵达火星。因此，只能全权交由探测器自主降落火星。

因此，登陆火星的难度极高。在天问一号之前，已经有20个探测器尝试登陆火星，其中只有10个成功登陆，成功率仅为50%。最早登陆火星的是苏联发射的火星3号，它于1971年首次成功登陆火星，但它登陆后只运行了14秒，这后就失联了。

美国的成功率最高，NASA先后10次尝试登陆火星，9次取得成功，只有1999年发射的火星极地着陆者号在登陆火星时失联。最早登陆火星的是1976年的海盗2号，它与天问一号一样，也是登陆乌托邦平原。最近一次是在今年2月19日登陆火星的毅力号，它还带了一架无人直升飞机——机智号，并在火星上实现首飞。

由此可见，我国一次就成功登陆火星有多么不容易。那么，天问一号是如何登陆火星的呢？

天问一号的“恐怖7分钟”

天问一号由轨道器、着陆器和巡视器（祝融号火星车）组成，着巡组合体放置于气动外罩之中。轨道器先与着巡组合体分离，它将继续绕着火星飞行，为着陆器和地球提供中继通信。

在大约125公里的高度，着巡组合体以11.2°的进入角和4.8公里/秒的速度进入火星大气。由于速度极快，巡组合体强烈压缩前方气体，产生极强的气动加热效应，导致气动外罩底部的隔热盾温度升高至上千度。

经过4.7分钟的大气减速之后，着巡组合体的速度降为460米/秒，温度也得到大幅降低。在这种超音速下，降落伞打开，让航天器充分减速。过了40秒后，隔热盾抛离，速度降为250米/秒。

到了距离火星表面1.5公里时，降落伞和气动外罩的上部分一同被抛离，并启动反推火箭进行减速。到了高度为100米时，着巡组合体悬停在空中，它所携带的雷达和光学相机将会寻找合适的降落点。

最后，天问一号着巡组合体稳稳地降落在火星表面上，中国的探测器第一次造访这颗红色星球。预计一周之后，祝融号火星车将会行驶在火星上。

天问一号比美国的毅力号早一周发射，为什么却会晚三个月登陆火星？

在我国的天问一号去年离开地球7天之后，美国NASA的毅力号也踏上了奔赴火星的旅程。但在今年2月19日飞抵火星的当天，毅力号直接成功登陆火星。而天问一号直到三个月后才登上火星，这是为什么呢？

首先，NASA已经对火星开展过一系列探测，充分了解了火星的地形地貌，毅力号早在离开地球之前就已经选择好着陆点。在火星轨道上，NASA还有多枚探测器在运行，包括火星勘测轨道飞行器（MRO）和火星大气与挥发演化探测器（MAVEN）。NASA已经有轨道器进行中继通信，毅力号就不需要携带轨道器。再加上NASA已经有过7次成功登陆火星的经验，因此，一到火星之后，毅力号就能直接登陆火星。

相比之下，这是中国航天首次自主执行的火星任务，一切充满了未知数，我们需要采取稳扎稳打的策略。天问一号到达火星之后，先要对火星地貌进行高分辨率成像，以找出合适的着陆点。我们还需要绕着火星飞行的轨道器进行中继通信，为火星上的着巡组合体和地球上的控制中心牵线搭桥。

另外，火星上的全球性沙尘暴也是一大因素。火星每年都会刮起严重的沙尘暴，有时甚至扩散到全球，当年NASA的机遇号火星车就因为沙尘暴而彻底失联报废。此前的观测数据显示，每年的火星春天至夏天期间，北半球都没有出现过沙尘暴。目前的火星较为平静，天问一号在5月中旬降落火星是最为稳妥的。

总之，我国的天问一号已经创造了世界纪录，一次性实现了绕火、落火和巡火，这在世界航天史上绝无仅有。接下来，祝融号火星车将会在火星上漫游，期待它能为我们带来更多的新发现。

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