发表自话题：天问一号什么时候登陆火星
◎ 科技日报记者 付毅飞
北京时间2021年2月19日，美国的第五台火星车毅力号抵达火星，直接登陆，于4时55分成功降落在杰泽罗陨石坑。
“毅力号”火星探测器在杰泽罗陨石坑着陆后，传回的第一张火星地表照片。图片来源：物理学家组织网
许多人此时想到的却是我国天问一号火星探测器。它于2月10日进入环火轨道，将围绕火星飞行3个月左右，计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆。
2台探测器从地球飞到火星所用的时间几乎一样，为何在降落环节区别这么大？
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者表示，中美火星探测的任务目标和技术方案均不相同。毅力号的任务目标是寻找生命，而且美国通过此前的探测，对着陆点比较熟悉，因此他们选择“直奔主题”。我国首次火星探测任务则是将“绕、落、巡”三步并作一步，在环绕过程中对着陆区进行详细勘测。
天问一号探测器火星捕获过程影像（定向天线监视相机画面）。
中国航天科工集团二院研究员杨宇光认为，从技术角度来讲，毅力号所用着陆方案难度更大。
19日凌晨，毅力号探测器到达火星后与巡航平台分离，以每秒5.3公里的相对速度进入火星大气，在距离火星表面11公里高度打开超音速降落伞。降至2公里高度时，探测器抛掉降落伞，改用“空中吊车”方式，利用发动机反推减缓降落速度。距离地面20米时，探测器下落速度降至每小时2.5公里，火星车被一根7.6米长的绳索悬吊下来。4点55分，毅力号火星车安全着陆，整个降落过程约为17分钟。
杨宇光表示，这一技术方案与美国此前发射的好奇号火星车类似，有好处，也带来许多困难和挑战。
毅力号探测器总重超过4吨，相比重约5吨的天问一号要轻一些。不过，天问一号的总质量中，有大约一半是燃料。杨宇光介绍说，天问一号在实施近火制动过程中，消耗了将近1吨燃料，将速度降低了大约每秒1公里。而毅力号是直接进入火星大气，利用大气摩擦阻力进行减速，这样可以节省大量燃料。
“毅力号”火星探测器安全降落在火星上。图片来源：NASA
因此，毅力号火星车可以设计得又大又复杂，其重达1043公斤，超过好奇号火星车成为世界最大的行星漫游车。而天问一号除去推进剂的重量以后，环绕器大约重1.2吨，着陆器、火星车加起来重约1.3吨，其中火星车的重量约为240公斤。
要满足直接降落方案的需求，对轨道要求极高。杨宇光说，当毅力号飞到火星时，所在位置必须刚好在目标落点的前进方向上，才能保证它进入火星大气后，能按照规划的弹道准确落在杰泽罗陨石坑。这要求它在整个飞往火星过程的轨道都非常精密。
而天问一号在环绕火星过程中，则可以更从容地调整轨道，为降落做准备。
我国首辆火星车。图片来源：新闻联播
庞之浩认为，美国采用直接降落方案的一个重要前提，是他们对着陆点十分熟悉。他介绍说，美国为选择此次任务的着陆点花费了几年时间，通过火星勘测轨道飞行器、奥德赛号以及马文号火星探测器进行了详细的勘察。而我国是首次实施火星探测任务，对着陆区需要进一步了解，因而需要在环绕过程中进行详细勘察。
此外，毅力号在降落过程中采用的“空中吊车”方式，也与天问一号计划采用的“降落伞+反推发动机”方式不同。庞之浩表示，这是美国继好奇号之后第二次采用“空中吊车”方式登陆火星，该技术的先进性和复杂程度极高，但能满足着陆质量较大的任务需求。
杨宇光说，“空中吊车”从本质上还是采用反推发动机技术。不过天问一号以及美国早期火星车如洞察号、凤凰号等，反推发动机在探测器下方，“空中吊车”方式则是火星车在下方，反推发动机从上面牵引。他表示，该技术具备2个优点，一是可以避免因发动机推力过大溅起火星表面的尘土，对探测器造成影响；二是将悬吊着的火星车“放”到地面，对落点的平整度和坡度要求不高。
但天问一号的着陆方式，对地面平整度要求很高。因此它将沿用我国探月工程中“嫦娥”落月所用的悬停避障技术，确保落在比较平坦的地方。
庞之浩介绍说，毅力号是在好奇号基础上改进而成，继承了好奇号的一些重要技术，如核动力电源、“空中吊车”等。同时它也采用了一些新技术。例如在着陆过程中使用的“距离触发装置”技术，能帮助它在合适的时机释放降落伞，提高着陆精度；“地形相对导航”技术则是将实现拍摄的着陆区地图存在电脑里，并标出危险位置，毅力号降落时将“所见”地形与地图对照，避开有风险的地方。
来源：科技日报
编辑：张爽
审核：王小龙
