千年天問(wèn) 夢(mèng)圓火星——我國(guó)星際探測(cè)征程邁出重要一步

　　“天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？”兩千多年前，詩(shī)人屈原仰望蒼穹，發(fā)出“天問(wèn)”。兩千多年后，以屈原長(zhǎng)詩(shī)命名的天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，完成了一次教科書(shū)式的精準(zhǔn)著陸，在火星上首次留下中國(guó)人的印跡，邁出了我國(guó)星際探測(cè)征程的重要一步。

　　在太空中長(zhǎng)途跋涉295天，天問(wèn)一號(hào)一路走來(lái)經(jīng)歷了哪些激動(dòng)人心的時(shí)刻？著陸火星后還有哪些使命和看點(diǎn)？

　　奔火之路 殊為不易

　　2020年7月23日，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器在文昌航天發(fā)射場(chǎng)搭載長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射。

　　自發(fā)射以來(lái)，天問(wèn)一號(hào)經(jīng)歷了地火轉(zhuǎn)移段、制動(dòng)捕獲段、環(huán)火飛行段等飛行過(guò)程，成功完成火星制動(dòng)捕獲，完成了“繞、著、巡”三大目標(biāo)中環(huán)繞探測(cè)目標(biāo)。

　　在地火轉(zhuǎn)移期間，天問(wèn)一號(hào)完成了地月成像、四次中途修正、深空自拍、深空機(jī)動(dòng)等一系列操作，至今令人印象深刻。

　　——深情回望，拍攝地月合影。2020年7月27日，環(huán)繞器在飛離地球約120萬(wàn)公里處回望地球，利用光學(xué)導(dǎo)航敏感器對(duì)地球、月球成像，獲取了清晰地月合影。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月?tīng)睿诿ＣＳ钪嬷薪幌噍x映。

　　——軌道修正，讓天問(wèn)飛得更穩(wěn)。天問(wèn)一號(hào)先后完成了四次中途軌道修正，對(duì)3000N發(fā)動(dòng)機(jī)及120N、25N推力器的在軌性能、工作模式進(jìn)行了全面驗(yàn)證。

　　——深空自拍，五星紅旗閃耀太空。2020年10月1日，國(guó)家航天局發(fā)布了天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器飛行圖像，圖上的五星紅旗光彩奪目，呈現(xiàn)出鮮艷的中國(guó)紅，這是我國(guó)探測(cè)器采用分離測(cè)量傳感器完成首次深空自拍。

　　——首拍火星，成功獲取中國(guó)首幅近火圖像。2021年2月5日，國(guó)家航天局發(fā)布了天問(wèn)一號(hào)在距離火星約220萬(wàn)公里處，獲取的首幅火星圖像。本次成像采用環(huán)繞器高分辨率相機(jī)的黑白成像模式。

　　——近火制動(dòng)，環(huán)繞火星成功。2021年2月10日，天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器實(shí)施近火制動(dòng)，3000N發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)工作約15分鐘，探測(cè)器順利進(jìn)入近火點(diǎn)高度約400公里，遠(yuǎn)火點(diǎn)高度180000公里，周期約10天，傾角約10度的大橢圓環(huán)火軌道，成為我國(guó)第一顆人造火星衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”第一步“繞”的目標(biāo)，環(huán)繞火星獲得成功。

　　2021年2月12日，國(guó)家航天局發(fā)布天問(wèn)一號(hào)制動(dòng)捕獲過(guò)程動(dòng)態(tài)影像，火星大氣層及表面形貌清晰可見(jiàn)。

　　2021年2月24日，天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器成功實(shí)施第三次近火制動(dòng)，進(jìn)入周期2個(gè)火星日的火星停泊軌道后，對(duì)火星開(kāi)展全球遙感探測(cè)，并對(duì)預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行詳查，探測(cè)分析地形地貌、沙塵天氣等，為著陸火星做準(zhǔn)備。

　　踏上火星 感覺(jué)良好

　　被火星成功捕獲以后，天問(wèn)一號(hào)經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的養(yǎng)精蓄銳終于開(kāi)啟了第二階段任務(wù)——“著陸”。火星的北半球多平原，南半球多山地，此次火星軟著陸的地點(diǎn)就選擇在火星北半球?yàn)跬邪钇皆哪喜俊?/p>

　　整個(gè)降落過(guò)程大致分為“進(jìn)入—減速—軟著陸”三步。航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部火星探測(cè)器總體主任設(shè)計(jì)師王闖介紹，天問(wèn)一號(hào)在進(jìn)入火星大氣層以后首先借助火星大氣，進(jìn)行氣動(dòng)減速，這個(gè)過(guò)程它克服了高溫和姿態(tài)偏差，氣動(dòng)減速完成后天問(wèn)一號(hào)的下降速度也減掉了90%左右。

　　緊接著天問(wèn)一號(hào)打開(kāi)降落傘降速，當(dāng)速度降至100米每秒時(shí)，天問(wèn)一號(hào)通過(guò)反推發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速，由大氣減速階段進(jìn)入動(dòng)力減速階段。

　　在距離火星表面100米時(shí)天問(wèn)一號(hào)進(jìn)入懸停階段，完成精避障和緩速下降后，著陸巡視器在緩沖機(jī)構(gòu)的保護(hù)下，抵達(dá)位于火星東經(jīng)109.9°北緯25.1°的著陸點(diǎn)。

　　總的來(lái)說(shuō)，整個(gè)過(guò)程天問(wèn)一號(hào)在9分鐘內(nèi)將約2萬(wàn)千米每小時(shí)的速度降到0。值得一提的是，雖然此前我國(guó)已有月表著陸經(jīng)驗(yàn)，但是此次天問(wèn)一號(hào)火星軟著陸任務(wù)更加艱難。

　　專家告訴記者，一方面火星表面存在大氣，因此火星比月球表面有更復(fù)雜的環(huán)境；另一方面火星離地球距離更加遙遠(yuǎn)，通信時(shí)延達(dá)到20分鐘左右，因此整個(gè)著陸過(guò)程相距遙遠(yuǎn)的地表來(lái)不及做任何處置，只能靠天問(wèn)一號(hào)自主完成，經(jīng)歷“生死九分鐘”。

　　航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部火星巡視器總體主任設(shè)計(jì)師陳百超表示，天問(wèn)一號(hào)是我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)，對(duì)火星的環(huán)境，特別是大氣等參數(shù)，我們沒(méi)有一手?jǐn)?shù)據(jù)，所以相當(dāng)于我們到了一個(gè)完全未知的環(huán)境，難度和挑戰(zhàn)可想而知。

　　著陸火星 使命不凡

　　成功著陸后，“繞、著、巡”的串聯(lián)任務(wù)終于進(jìn)行到最后一步。首先，著陸器將著陸信息通過(guò)環(huán)繞器轉(zhuǎn)發(fā)地面，先后完成坡道及太陽(yáng)翼天線展開(kāi)，火星車在第一時(shí)間將成功展開(kāi)的消息傳回地面。一切就緒后，祝融號(hào)火星車將自主駛離著陸器，抵達(dá)火星表面，開(kāi)啟新的征程。

　　探測(cè)火星不僅是工程任務(wù)的突破，更是行星科學(xué)領(lǐng)域的突破。

　　除了常規(guī)的通訊、能量來(lái)源（太陽(yáng)能帆板）、支撐結(jié)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)等部分外，天問(wèn)一號(hào)整體上攜帶了13種科學(xué)載荷，其中7個(gè)在火星上空的環(huán)繞器上，分別是中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、次表層探測(cè)雷達(dá)、火星礦物光譜探測(cè)儀、火星磁強(qiáng)計(jì)、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀。6臺(tái)分布在火星車上，分別是多光譜相機(jī)、次表層探測(cè)雷達(dá)、火星表面成分探測(cè)儀、火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀、火星氣象測(cè)量?jī)x、地形相機(jī)。

　　它們共有五大使命，主要涉及火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等研究，將給我國(guó)帶來(lái)探測(cè)火星的一手資料。其中，與氣象有關(guān)的研究項(xiàng)目將收集有關(guān)溫度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向的大氣數(shù)據(jù)，并研究火星的磁場(chǎng)和重力場(chǎng)，這些也將解答大家的疑惑——火星究竟是什么樣的氣候。

　　“天問(wèn)一號(hào)成功著陸火星，成為我國(guó)星際探測(cè)征程上具有里程碑意義的重要一步?！蔽覈?guó)首次火星探測(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋表示，經(jīng)過(guò)六年的科研攻關(guān)，發(fā)射場(chǎng)百余天的堅(jiān)守，以及295天的飛行控制，天問(wèn)一號(hào)實(shí)現(xiàn)了一次教科書(shū)式的精準(zhǔn)著陸，展示了我國(guó)深空探測(cè)技術(shù)的先進(jìn)能力，體現(xiàn)了我們集中力量辦大事的制度優(yōu)勢(shì)。

　　后續(xù)，除了火星車要在火星表面進(jìn)行巡視探測(cè)外，天問(wèn)一號(hào)環(huán)繞器也將繼續(xù)工作。天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器副總指揮張玉花告訴記者，環(huán)繞器將在完成著陸過(guò)程的中繼通信任務(wù)后，在周期為兩個(gè)火星日的停泊軌道上運(yùn)行一圈，之后在近火點(diǎn)實(shí)施變軌機(jī)動(dòng)，將軌道變?yōu)橹芷跒槿种粋€(gè)火星日的中繼軌道，這樣一個(gè)火星日內(nèi)，環(huán)繞器可為火星車提供一次近火點(diǎn)中繼通信和一次遠(yuǎn)火點(diǎn)中繼通信，為后續(xù)的巡視探測(cè)任務(wù)提供信息傳輸服務(wù)。

　　火神“祝融” 荒野求生

　　火星的環(huán)境是出了名的惡劣，要想完成使命，火星車首先得存活下來(lái)。這就需要祝融號(hào)足夠強(qiáng)大。

　　中國(guó)曾數(shù)次造訪月球，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。但月球與火星最大的不同，便在于月表近乎真空，而火星有大氣層，這大大增加了探測(cè)火星的難度。

　　如果只是看圖片，火星的地貌似乎與地球上的沙漠戈壁無(wú)異。事實(shí)上，火星上的風(fēng)速可達(dá)每秒180米，這幾乎是地球上特大臺(tái)風(fēng)風(fēng)速的三倍還多?？耧L(fēng)會(huì)掀起大量的沙塵、石塊，形成特大沙暴，讓祝融號(hào)的眼睛蒙塵、翅膀不再靈活。

　　面對(duì)這樣的情況，設(shè)計(jì)師們使用了一種新材料，這種材料不易沾上灰塵，即使沾上，也可以通過(guò)振動(dòng)將其抖落?；鹦潜砻孢€密布著石塊等障礙物，這就使得火星車的行駛需要更加“小心翼翼”，以免被障礙物卡住造成操作的遲滯。

　　那么如何讓火星車的每一步都走得更加穩(wěn)妥呢？在北京的實(shí)驗(yàn)室中，有一臺(tái)一模一樣的火星車。當(dāng)在火星上遇到復(fù)雜的路況時(shí)，地球上的火星車將對(duì)火星路況進(jìn)行模擬行駛，確認(rèn)無(wú)誤后才會(huì)發(fā)出指令。

　　按照計(jì)劃，90個(gè)火星日后，火星車將結(jié)束巡視探測(cè)工作，環(huán)繞器也將進(jìn)行軌道調(diào)整，從而開(kāi)展環(huán)繞科學(xué)探測(cè)。

　　在航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器副總設(shè)計(jì)師賈陽(yáng)的案頭，擺放著一枚精美無(wú)比的藍(lán)色蝴蝶標(biāo)本。據(jù)賈陽(yáng)透露，火星車的設(shè)計(jì)靈感，正是來(lái)自這枚蝴蝶——無(wú)線電成了它的復(fù)眼，天線成了它的觸須，而火星車的車標(biāo)，設(shè)計(jì)靈感也是來(lái)自800年前的印章文物。科學(xué)和詩(shī)意，在這一刻交融、升華。

　　全球矚目的祝融號(hào)這只“火星蝴蝶”，后續(xù)又會(huì)給人們帶來(lái)什么意想不到的發(fā)現(xiàn)和驚喜呢？請(qǐng)大家一起拭目以待吧?。ㄓ浾吆鷨?、陳席元、徐鵬航）

　　轉(zhuǎn)自：新華社

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