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火星|中国“天问”出征，跨越4亿公里的探索( 二 )


航天专家庞之浩曾向21世纪经济报道采访人员表示 ， 探测器进入火星轨道的难度好比从巴黎打一个高尔夫球 ， 要正好落到东京的某个球洞里 。
尤其是在执行近火捕获、两器分离等轨道控制时 ， 这些操作将决定任务成败且只有一次机会 ， 但此时探测器距离地球约3亿公里 ， 信号时延在15分钟以上 ， 依靠地面进行控制已不现实 ， 所以必须把所有数据都提前注入 ， 让探测器自主完成 。
“这对探测器的自主管理和控制能力都是极大的考验 。 ”有熟悉航天领域的人士告诉采访人员 ， 这时候不能出现一丝偏差 ， 在探测器切入火星轨道过程中 ， 如果切入点离火星过远 ， 则不能被火星的引力捕获而掠过火星 ， 如果切入点离火星太近 ， 则可能坠毁于火星大气层 。
而进入火星轨道后 ， 下降和着陆阶段的难度将更大 。 正常情况下 ， 探测器从进入火星大气层到最终着陆 ， 只需要7分钟左右时间 ， 这也被称作是“恐怖7分钟” 。
之所以恐怖 ， 是因为这个过程中涉及到上千个复杂操作 ， 而且和近火捕获一样 ， 这些操作都只能通过预先设置 ， 然后靠着陆器自主完成 。 而且与月球表面几乎为真空不同 ， 火星表面拥有大气层 ， 密度约为地球的1% ， 同时 ， 火星上还存在强风和沙尘天气 ， 这些都使得火星着陆更为困难 ， 需要增加气动减速和伞系减速等环节 。
为了克服这些挑战 ， 中国航天在过去几年作了无数的努力 。 其中 ， 像成功完成的“鹊桥号+嫦娥四号+玉兔二号”的探月组合 ， 也为火星探测打下了坚实的技术基础 。
2019年11月14日 ， 中国首次火星探测任务着陆器悬停避障试验在河北怀来地外天体着陆综合试验场完成 ， 该试验成功模拟了着陆器在火星环境下悬停、避障、缓速下降过程；今年3月 ， 火星探测任务的无线联试也圆满完成 。 至此 ， “天问一号”整装待发 。
“天问”之旅
据悉 ， “天问一号”任务主要由探测器、运载火箭、发射场、测控、地面应用五大系统组成 。 其中 。 探测器由环绕器和着陆巡视器组成 ， 总质量约5吨 。
在环绕器中 ， 配置了7台科学载荷 ， 具体包括中分辨率相机、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、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪 ，
而着陆巡视器则是由进入舱和火星车组成 。 按照计划 ， 进入舱将完成火星进入、下降、着陆任务 ， 火星车则会在着陆区开展巡视探测 。 在火星车上 ， 将配置多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪、地形相机共6台科学载荷 。
按照计划 ， 长征五号运载火箭将带着“天问一号”飞行约7个月后抵达地火转移轨道 ， 2021年2月中下旬 ， 探测器与运载火箭进行分离 ， 然后经过中途修正 ， 在近火点附近实施制动 ， 实现火星捕获 。
紧接着 ， “天问一号”会进入周期约10个火星日的环火椭圆轨道 ， 再择机实施轨道机动 ， 然后进入周期约2个火星日的椭圆停泊轨道 ， 这个过程需要约2个月 。
接下来 ， 预计在2021年4月23日 ， “天问一号”会在完成着陆区预先探测和着陆点调整后 ， 择机释放着陆巡视器 ， 而环绕器会随即进行轨道调整 ， 进入中继通信轨道 ， 为火星车提供中继通信链路 ， 兼顾开展科学探测 。
着陆巡视器与环绕器分离后 ， 进入火星大气 ， 通过气动外形、降落伞、反推发动机等多级减速和着陆腿缓冲 ， 实现软着陆 。 然后火星车会与承载平台分离 ， 在火星表面开展巡视科学探测 。
过去 ， 成功着陆的探测器都在火星获得了回报 ， 比如“水手9号”发现了太阳系最高的奥林帕斯山和最长的水手峡谷；“全球勘探者号”发现了冰川、湖泊和水沟存在的痕迹；“奥德赛号”发现了广泛存在的地下水分；“火星快车号”发现了巨大的地底湖泊；“好奇号”发现了甲烷类有机物存在的直接证据 。


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