剛剛！中國“天問一號”探測器成功著陸火星！“祝融號”火星車將開啟新徵程

中國火神降臨火星！

北京時間 5 月 15 日，在經歷 “黑色九分鐘” 後，中國首輛火星車 “祝融” 號與著陸器成功登陸火星，著陸地點位於火星的烏托邦平原南部預選區域。

（來源：中國航天）

此次成功著陸標誌著中國成為了繼前蘇聯和美國後，第三個成功登陸火星的國家。與此同時，這也意味著 “天問一號” 火星探測器已經實現了 “繞” 和 “落” 兩專案標，

中國也因此成為世界上首次探索火星即完成軟著陸的國家，而最後的目標 “巡” 將在 “祝融” 號經過短暫除錯和休整後開展。

下一步，如果 “祝融” 號能夠成功完成自檢並駛離著陸平臺，再透過火星上空的軌道器（環繞器）與地球上的控制團隊建立連線，就能開始在受控情況下巡視火星地表和執行科學任務。

一旦成功，這將成為人類火星探測史上的里程碑事件 —— 在一項火星探測任務中，首次同時完成環繞，著陸和巡視三項探測目標。

據官方報道，15 日凌晨 1 時許，“天問一號”探測器在停泊軌道實施降軌，機動至火星進入軌道。4 時許，著陸巡視器與環繞器分離，歷經約 3 小時飛行後，進入火星大氣，經過約 9 分鐘的減速、懸停避障和緩衝，成功軟著陸於預選著陸區。兩器分離約 30 分鐘後，環繞器進行升軌，返回停泊軌道，為著陸巡視器提供中繼通訊。

“天問一號” 和它的火星之旅

“天問一號” 和它的火星之旅，要從幾個月前說起。

2020 年 7 月 23 日中午 12 時 40 分，長征五號遙四運載火箭搭載著中國首個火星探測器 “天問一號” 從海南文昌航天發射場升空。經過半個多小時飛行，探測器成功與火箭分離，並進入地火轉移軌道，開啟了奔向火星的旅程。

圖 | 長征五號遙四運載火箭發射升空

要去到遙遠的火星，實現變軌、制動以及長期的探測任務，整個 “天問一號” 探測器的質量超過了 5 噸，其中主要包括環繞器，著陸巡視器和推進劑燃料。

相比之下，阿聯酋去年發射的 “希望” 號探測器質量不到 2 噸，只具備在火星軌道上環繞探測的能力，而美國已經成功登陸的 “毅力” 號因為沒有配備環繞器且使用的是核電池和空中吊車技術，其重量僅有 1 噸多一點。

在 200 多天的漫漫旅程中，“天問一號” 飛行了 4。75 億公里，經歷了四次中途修正和一次深空機動修正來調整飛行路徑。最終在 2021 年 2 月 10 日，它成功實現了近火制動，進入了火星引力範圍並被捕獲，開始環繞火星。

據專家介紹，被火星捕獲算得上是火星探測任務中第一個技術難關。當探測器進入捕獲階段時，其被捕獲的機會只有一次，而且時間僅有 30 分鐘左右。

捕獲時，“天問一號” 距離地球約 1。92 億千米，因此控制團隊無法實時操控，只能依靠其自主執行命令。與此同時，它距離火星只有 400 千米，相對速度高達 4-5 千米每秒，因此它制動點火的時機非常關鍵：如果制動時間過長，速度就會過慢，導致探測器與火星相撞；如果制動時間過短，速度就會過快，導致探測器飛掠火星。

時至今日，“天問一號” 已經在火星停泊軌道上運行了 3 個月左右。在這段時間裡，環繞器上的七臺載荷全部都在工作，對火星進行了一系列科學探測，包括火星大氣電離層分析及行星際環境探測，火星表面和地下水冰的探測，火星土壤型別分佈和結構探測，火星地形地貌特徵及其變化探測，以及火星表面物質成分的調查和分析。

與此同時，探測器的相機拍攝了大量火星照片，可供科學家分析和考察火星地形，最終為 “祝融” 號選出合適的著陸區域。

事實上，“天問一號” 選擇先環繞火星三個月，一個很重要的原因就是為了給著陸做足準備，在沒有地形地貌資料的情況下貿然著陸，就好比去完全陌生的深山野林探險而不帶地圖，風險實在太大。

相比之下，美國 “毅力” 號能夠做到晚出發、先著陸，也是因為 NASA 早在 2006 年就發射了火星勘測軌道飛行器（MRO），用於偵察火星並拍照，還能作為與地球溝通的通訊中繼器。

算下來，MRO 已經拍了 15 年的照片，因此 NASA 可以透過已有的高解析度影像資料提前選好著陸區域，直接讓 “毅力” 號拿著高畫質地圖上路。

“黑色九分鐘” 與 “祝融” 號

此次登陸火星的是 “天問一號” 的著陸巡視器部分，由進入艙和 “祝融” 號火星車組成，前者負責完成火星進入、下降、著陸任務（EDL 過程），後者主要負責在火星上巡視和探測。

整個 EDL 過程又被稱為 “恐怖七分鐘” 或者 “黑色九分鐘”，前者是美國 NASA 的說法，後者則是中國科學家的描述。

在遠離地球的情況下，探測器和地球的完成最簡單資訊傳輸的時間都需要 20 分鐘左右。而整個減速、著陸過程僅為 7-9 分鐘。

與此同時，我們對火星的大氣環境知之甚少，無法準確掌握著陸時的天氣狀況，比如是否有沙塵暴，更別提獲取氣壓、風速等關鍵引數了。

這意味著，探測器需要完全依靠自己的能力，在大氣環境未知的情況下，完成著陸的全過程。地球上的人則只能等待成功與否的訊息。

算上 “天問一號”，在人類歷史上已進行的 22 次火星著陸任務中，只有 10 次成功並順利開展探測工作。

圖｜探測器登陸火星模擬動畫（來源：CNSA）

據 “天問一號” 探測任務總設計師張榮橋介紹，在這 “黑色九分鐘” 裡，裝著火星車的著陸器在進入火星大氣層，同時進行氣動減速，將速度從 2 萬多公里 / 小時下降至每秒數百米；著陸器開啟降落傘，透過降落傘的拉力在約 90 秒鐘的時間裡將速度進一步將到 95 米 / 秒；反推發動機開啟，在 約 80 秒內將速度降至 3。6 米 / 秒，最後在離火星表面最後 100 米處懸停，火星車離開承載平臺，完成著陸目標，在火星表面開展巡視科學探測。

搭載了 “祝融” 號的著陸平臺組合體與環繞器分離後，將要自主完成減速和降落的全過程，因此著陸巡視器配備了降落傘和反推發動機，選擇安全地點降落則需要平臺上的控制系統和推進系統共同配合完成。

圖｜探測器登陸火星模擬動畫（來源：CNSA）

為了完成巡視探測科學任務，“祝融” 號上配有火星表面成分探測儀、多光譜相機、地形相機、火星車次表層探測雷達、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀共 6 種有效載荷，對火星進行遙感探測和區域精細探測。透過整合一體化設計的載荷控制器對載荷進行控制和管理。

“祝融” 號火星車最引人矚目的就是豎立在前端的桅杆，頂端的方形裝置就像機器人的腦袋。

桅杆足有 60 多公分， 這個桅杆就是踏上火星之後，需要率先展開的部件。頂端的方盒子上還有火星車的眼睛 —— 全景相機和多光譜相機，能看前面的地形地貌，也能幫助它避開障礙，還能對前方的礦物質成分進行識別。

圖 | 火星車 1：1 模型

在 “祝融” 號上，還裝有 4 個 “大翅膀”，這正是太陽能電池板。除此之外，它還配有探測雷達、磁場探測儀和氣象測量儀，可以對火星進行全方位的探測。

此外，因為火星上接收太陽的光照要比地球和月球要小的多，翅膀則可以根據太陽光的方向來調整太陽帆板的角度。

“祝融” 號的行進速度為 200 米 / 小時，而車輪每轉動一圈，對中國火星探測來說就是積累到了全新的資料。它會對火星進行遙感探測和區域精細探測，將主要完成以下 4 項科學任務：

1、火星巡視區形貌和地質構造探測。2、火星巡視區土壤結構（剖面）探測和水冰探查。3、火星巡視區表面元素、礦物和岩石型別探。4、火星巡視區大氣物理特徵與表面環境探測。

除此之外，“天問一號” 和 “祝融” 號還將肩負著為火星取樣返回計劃鋪路的使命，該任務預計執行時間為 2030 年左右。

如果一切順利，我們或將在幾天內收到 “祝融” 號的另一個喜訊，那就是成功駛離著陸平臺，在火星表面留下中國首個火星車的足跡。它計劃在火星上執行 3 個火星月，約合 92 個地球日。在這段時間裡，環繞器將負責在火星車和地球之間架起通訊橋樑，傳遞資料。在這之後，環繞器還將進一步接近火星，在科學探測軌道上執行，方便對火星展開進一步探測。

中國火星探索時間軸

中國火星探索時間軸自 2011 年 11月開始，具體如下。

2011 年 11 月：中國開發的火星探測器 “螢火一號” 搭載在俄羅斯的福布斯 - 土壤探測器當中，計劃藉助俄方火箭一同前往火星，進行環繞探測任務。但由於俄方探測器在與火箭分離後未能成功變軌，“螢火一號” 和福布斯 - 土壤探測器最終在太平洋墜毀。

2016 年 1 月：中國正式啟動自主火星探測計劃，並於同年 4 月宣佈將 2020 年定為火星探測衛星的預計發射視窗，一次性實現 “繞、落、巡” 三個目標。

2016 年 8 月：中國正式啟動火星探測工程徵名和圖形標識全球徵集活動。

2019 年 11 月：中國國家航天局完成火星探測任務著陸器懸停避障試驗。

2020 年 3 月：北京航天飛行控制中心火星任務團隊完成中國首次火星探測任務無線聯試，驗證了探測器與地面系統的介面匹配性和一致性，對各類方案、技術狀態、軟硬體系統進行了全面測試。

2020 年 4 月：中國國家航天局將中國行星探測任務命名為 “天問”，將首次火星探測任務命名為 “天問一號”，同時公佈了首次火星探測標識 “攬星九天”。

2020 年 7 月：長征 5 號運載火箭搭載 “天問一號” 探測器從海南文昌衛星發射中心發射升空，發射 37 分鐘後，“天問一號” 探測器成功進入預定軌道並與火箭分離，獨自沿拋物線軌道飛往火星。

2021 年 2 月：經過 6 個多月的飛行，“天問一號” 完成首次近火制動，成功被火星捕獲並進入環火星軌道，隨後又多次調整軌道，以觀察火星地形並拍攝照片，為降落火星做準備。

2021 年 4 月：中國國家航天局宣佈，中國首輛火星車命名為 “祝融” 號，寓意點燃中國星際探測的火種，指引人類對浩瀚星空、宇宙未知的接續探索和自我超越。

2021 年 5 月：著陸器與 “祝融” 號成功著陸，未來將探索火星的地貌、地質、土壤、大氣、磁場等特徵。

今早的落地，意味著中國實現了向著火星出發！