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天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅( 二 )


去火星有多难？
从上世纪60年代开始 ， 苏联和美国纷纷向火星发射探测器 ， 迄今为止 ， 人类对火星进行了45次探测 ， 实现了飞跃、环绕、着陆和巡视 ， 但成功率不高 ， 不到50% 。 通过下面的表格可以看出 ， 和飞跃、环绕探测相比 ， 着陆、巡视类探测任务更是难上加难 ， 成功率很低 ， 通过这些数据也能看出到达火星、着陆火星难度还是很大的 。
天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅
图片由作者提供
为征服眼前这个荧荧如火的星球 ， 中国航天人进行了数年的努力 。 如今 ， 天问一号的闯关之旅才刚刚开始 。
关口一共有8道：第一关：必须抓住的发射窗口 。 第二关：需要强力的运载火箭 。 第三关：切入霍曼转移轨道 。 第四关：深空导航制导与控制 。 第五关：“绕、着、巡” ， 一个都不能少 。 第六关：切入轨道 ， 静待时机 。 第七关：着陆时的恐怖七分钟 。 第八关：巡视器出发 ， 开机工作 。
天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅
图片由作者提供
我们着重介绍一下第七关 ， 它可以被形容为“刀尖上舞者”在火星表演着陆艺术 。
由于距离过于遥远 ， 地球和火星双向通讯延时将长达几十分钟 。 且火星着陆时间一般仅在7~8分钟左右 ， 地面工作人员不可能人工控制复杂的火星着陆过程 ， 这一切全要靠着陆器自己完成 。
火星有大气 ， 但又特别稀薄 。 这成了航天人又爱又恨的因素：一方面 ， 可以利用大气气动减速 ， 使用降落伞；另一方面 ， 必须找准进入角度 ， 过大着陆器会过热焚毁 ， 过小会打水漂一样滑入深空 ， 根本无法着陆 。 更重要的是 ， 火星大气的密度还太低了 ， 甚至还不足地球大气层的1% ， 即便最大极限地利用了火星大气减速 ， 依然无法把速度降到理想状态 ， 要想着陆火星必须自带反推火箭 。
让我们来大概描述一下天问一号着陆的过程吧：刚开始 ， 通过整体和隔热大底气动减速约5分钟 ， 着陆器速度从约5千米/秒减速到数百米/秒 ， 已到极限 ， 隔热大底的温度已升到2000余摄氏度 。 此时 ， 巨大降落伞展开 ， 在不到100秒时间内把速度进一步降低到约100米/秒 。 随后 ， 隔热大底、降落伞和支撑结构先后脱离着陆器 。 被烧蚀得不成样子的隔热大底将会坠向火星表面 ， 成为天问一号最先抵达火星表面的部分 ， 也算是它“蜡炬成灰泪始干”的“褒奖” 。
天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅
天问一号着陆器最后着陆阶段艺术效果图 图据中国航天局
大戏刚刚开始 ， 着陆器自带的反推火箭开始全力工作 ， 逐渐降低速度 。 着陆器先是在火星表面数十米的高度悬停 ， 底部所有仪器开启 ， 认真筛查地表情况 ， 最后确认着陆地点 。 认定后 ， 最终缓慢软着陆到火星表面 。
其实第五关也极度复杂 ， 人类探测火星60年来 ， 共有四种任务类型：惊鸿一瞥的“飞掠”、登高望远的“环绕” ， 观天测地的“降落”和自由移动的“巡视” 。 其中 ， “飞掠”仅是在早期技术不成熟或其他任务兼职探测火星时使用 ， 另外三种是近些年来的任务类型主力 。
天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅
火星探测四大任务类型 图片由作者绘制
一般而言 ， 火星探测任务都会采取“绕”“着”“巡”分开的形式以降低难度 。 即便如此 ， 几十年来人类探测火星的任务成功率仅有一半左右 。 而这次天问一号的选择包括了环绕器、着陆器和巡视器三个部分：
“小孩子才做选择 ， 绕、着、巡 ， 我都要！”
去火星干嘛？
此次探测任务的目标分两类：工程目标和科学目标 。
天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅
工作状态的火星车艺术效果图 图据中国航天局
其中工程目标就是上面提到的完成“绕着巡”三步 ， 掌握火星探测的关键技术 ， 积累经验 ， 为后期更进一步的深空探测打下基础 。
科学目标就是对于火星进行环绕探测和巡视探测 ， 获取火星全球信息和重点区域高分辨率信息 ， 天问携带了13个科学载荷 ， 主要包含五个科学目标：（1）地质地貌特征；（2）土壤特征和水冰分布；（3）表面的物质组成；（4）大气和电离层以及表面气候特征；（5）物理场合内部结构 。
值得一提的是 ， 天问一号携带的火星“磁强计”是由中科大的日地空间组研制的 ， 它服务于第5项科学目标 ， 探测火星的磁场特性 。 毕竟“探测器”的终极目的是“探测” ， 能让我们更了解火星 。
向中国航天人致敬！
航天界常说:“运载火箭的能力有多大 ， 航天的舞台就有多大 。 ”想实现火星探测 ， 意味着探测器不仅要突破第二宇宙速度 ， 完全摆脱地球引力 ， 还要在此基础上进一步加速 ， 在抵达火星前尽力摆脱太阳引力的巨大影响 ， 而太阳的质量是地球质量的30余万倍 。


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