登火与登月，哪个更难？

　　大家翘首以盼的天问一号火星探测器着陆器，即将登陆火星。很多人都知道登陆火星很难，但是到底有多难？难在哪里？可能大家就说不出来了。这次就让我们详细聊聊登陆火星的难点所在，以及天问一号所用到的技术。

　　天问一号自拍照

　　迄今为止，除去小行星，人类登陆过的外星球只有四个，分别是月球、火星、金星和土星的卫星泰坦。其实还要算上地球，因为飞船从外太空返回地球的时候，也需要经受着陆的考验。在这五个星球中，登陆火星算是什么难度等级呢？最难，没有之一。如果按照难度进行排序的话，登火最难，月球属于比较难，地球算比较简单，金星、泰坦最容易。为什么这么说呢？让我们来挨个盘点一下。

　　天问一号登陆火星想象图

　　金星的大气层非常浓密，地面大气压相当于90个标准大气压，表面温度达到了470℃，可以说地狱一般的环境。然而，从登陆金星的角度来说，非常简单，单纯靠降落伞就可以了，毕竟金星稠密的大气层能很好地起到减速的作用，使得着陆器能以很低的速度安全着陆。

　　登陆金星的流程示意图

　　苏联向火星和金星都发射过着陆器。苏联发射到火星附近的着陆器有四个，没有一个完全成功的案例，只有火星三号软着陆之后工作了很短时间就失联了，属于部分成功。但是登陆金星有好几个都成功了，包括金星8号、金星9号、金星10号、金星11号、金星12号、金星13号、金星14号等等。感觉成功率挺高，其实苏联是成功之后才给编号，这之间其实也有失败的情况。

　　金星表面的苏联着陆器

　　苏联发射了那么多金星着陆器，并不是因为金星表面有多大的科学研究价值，实际上美国就从来不向金星派着陆器。苏联纯粹是因为在金星着陆比较简单，成功之后出门倍有面子。所有的着陆器在金星表面不过能工作几个小时，然后就在这高温、高压、高酸的环境下，设备失灵了。这能有多大的科学意义？！纯粹是苏维埃面子工程。

　　惠更斯着陆器登陆泰坦流程

　　在泰坦上着陆，只怕比金星更简单。泰坦的引力低，只有地球的14%，而大气密度反而比地球更高，能达到地球的四倍。因此，2005年1月14日登陆泰坦的惠更斯着陆器，就只使用了降落伞，稳稳地在泰坦表面着陆。

　　蜻蜓号着陆泰坦的过程

　　预计在2036年登陆泰坦的蜻蜓号探测器，先使用降落伞减速。快接近地面的时候，抛弃降落伞，通过螺旋桨旋翼，实现着陆。这样做的原因是蜻蜓号本身就是直升机，在最后阶段需要自主寻找合适的降落地点。

　　嫦娥五号返回地球的过程

　　飞船返回地球时，由于地球有浓密的大气层，完全可以用降落伞实现减速和着陆。假如以地球难度为基准的话，金星和泰坦的进入难度都低于地球，而月球则高于地球。月球上没有大气，只能完全依赖反推火箭实现着陆。大家可能觉得反推火箭登月没什么难度，毕竟从嫦娥三号开始，中国几次登月都成功了。其实，能从太空返回地球的国家不少，能在月球表面实现软着陆的国家只有三个，即美、俄、中。

　　嫦娥五号登陆月球

　　以嫦娥五号为例，在接近月面的时候要减速，然后水平机动，自动寻找合适的降落地点；距离地面5米时发动机关机，然后靠减震装置落到月面。这种对火箭动力精确控制的能力，就不是一般国家能够拥有的。现在除了中美俄实现了月球软着陆，另有以色列和印度实现了硬着陆，结结实实的那种。

　　天问一号拍摄的火星照片

　　至于登陆火星，那真是难上加难了。火星比较小，虽然引力小，但环绕速度还比较高，反而增加了减速的难度。火星有大气层，可以用来减速，但同时要做好热防护。然而，火星大气层很稀薄，减速效果不好，这就很麻烦。这意味着着陆器在降落伞减速之后，接近地面时还有很高的速度，需要做最后的减速，否则就拍地上了。总之，各种麻烦都占全了，因此登陆火星是最难的。

　　NASA进行旅居者号减速气囊的测试

　　根据降落伞之后减速方式的不同，目前有三种火星登陆模式。第一种是气囊减速法。美国最早登陆火星的火星车，比如旅居者号、勇气号和机遇号，都采用了气囊减速的模式。

　　小猎犬二号的登陆流程

　　气囊减速方式缺点很多。首先火星车不能太重，否则气囊无法承受落地的冲击力。其次，气囊着陆难以保证安全，落点不可控。2003年欧空局的小猎犬二号火星着陆器登陆火星时，采用气囊方式，登陆成功后太阳能电池板未能展开，造成任务失败。有人认为气囊阻碍了太阳能电池板的展开。自从勇气号、机遇号之后，气囊方式已经不再使用。

　　海盗一号登陆过程

　　第二种方法就是反推火箭。人类第一个完全成功的火星着陆器，海盗一号，还有兄弟海盗二号，以及近年来的洞察号、凤凰号等，都采用这种模式。这一次天问一号也是用的反推火箭的模式。第三种其实是第二种的变种，即天车模式，从本质上来说还是反推火箭。从好奇号开始，到最近的毅力号火星车，都应用了天车模式。

　　毅力号火星车降落

　　传统的反推火箭在着陆前要切断发动机，由着陆腿吸收着陆冲击，显然只适用于重量不是很高的着陆器。此外，发动机吹起的灰尘，也有可能对着陆器造成影响。使用天车的方式，通过将反冲火箭置于天车之上，再由缆绳吊着火星车或着陆器落地，一是可以稳稳地着陆，另外也能避免火箭激起地面灰尘。

　　天车着陆模式

　　天问一号着陆器使用反推火箭，没有使用天车模式，从根本上来说还是因为火星车比较轻，只有240千克。相比之下，毅力号重达1025公斤。天问一号着陆流程是这样的。

气动减速，用大约290秒时间从4.8千米/秒减速到460米/秒；降落伞减速，用约90秒时间把速度进一步降低到95米/秒，注意开伞时的速度，后面还要细说；扔掉大底和被罩，启动反推火箭，再花80秒时间，将下降速度降低到接近于0；最后阶段，在100米以下高度水平机动，自主寻找合适的降落地点，找到后降落，用四个着陆腿吸收冲击力。

　　从1到3的减速过程，历时400多秒，大约七分钟，这就是著名的恐怖七分钟的由来。由于地火之间距离遥远，上述所有步骤都要着陆器自己完成，地面无法干预。在人类历史上，只有美国实现了完全成功的火星着陆。苏联解体之后俄罗斯不玩了，欧空局在2003年和2016年的两次尝试都失败了。天问一号成功之后，中国排名升到第二位。