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今天 ， 火星这一红色星球又迎来一位地球来客——毅力号火星车 。
北京时间2月19日4时55分 ， 毅力号火星车成功软着陆火星 ， 成为除好奇号之外的第二辆现役火星车 ， 也是NASA(美国航空航天局）第9次成功登陆火星任务 。
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【火星车|美国毅力号火星车已着陆火星，天问一号为何还要再等三个月？】毅力号火星车（NASA）
从2020年7月30日发射至今 ， 毅力号历时203天、飞行近5亿公里 ， 最终成功闯过落火的“恐怖七分钟” ， 完美着陆 。 “恐怖七分钟”是火星探测器着陆过程中最关键、最惊惧、最危险的7分钟 ， 短短7分钟内 ， 火星探测器从进入大气层、急剧减速降落到着陆火星表面 ， 整个过程毅力号全自动、及时、精准、高效地完成了上千个指令步骤 。
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毅力号着陆火星后传回的火星表面照片（NASA）
其实 ， 无论是火星着陆器还是火星车 ， 要想着陆火星都要经过空气动力减速、降落伞减速、反推动力减速等步骤 ， 直至最后一关软着陆 。 但勇闯最后一关的模式却大不相同 。 按照目前的着陆方式 ， 共分三种——
一是针对中小型探测器的“安全气囊法” ， 通过反推火箭助力减速、安全气囊包裹弹跳软着陆模式 ， 让探测器从时速160公里降至时速48公里弹性撞冲火星表面 。 这种着陆方式特别适合不足200公斤的火星车 ， 比如此前的勇气号、机遇号 。
二是针对大型探测器的“着陆支腿法” ， 采用反推火箭减速+着陆器支撑模式 ， 从时速160公里降至时速10公里以下 ， 逐步减速直至最终软着陆 。 此种方式适合于几百公斤的着陆器和火星车 。 天问一号着陆器就将用这种模式挑战软着陆 。 不过 ， 除了反推动力减速 ， 天问一号还特别增加两次悬停操作 ， 逐步降低着陆风险 。
三是针对重型探测器的“空中吊车法” ， 通过采用反推火箭减速+空中吊车悬停方式投放火星车 。 着陆过程中 ， 将时速160公里降至每秒0.75米的着陆速度 ， 一旦火星车触地软着陆 ， 立即切断绳索 ， 空中吊车飞离 。 刚刚着陆火星的毅力号采用的正是这种模式 。
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空中吊车法（NASA）
比较而言 ， “空中吊车法”的难度最大 ， 毅力号为何选择此模式？
专家分析 ， 主要基于两方面原因 。 其一 ， 像毅力号这种重达1吨的重型探测器的软着陆 ， 必须装配重型反推火箭 ， 而这种火箭在靠近火星表面时 ， 将会掀起大量沙尘 ， 对火星车及其科研仪器的损害极大 。 因此 ， 在距火星表面大约18米处 ， 火星车安全触地之时 ， 需要立即熔断绳索 ， 空中吊车快速飞离并在远处硬着陆 ， 以避对火星车造成扬尘等不利影响 。 另一方面 ， “空中吊车法”可避免“安全气囊法”着陆质量有限的缺陷 ， 也可以避免“着陆支腿法”对着陆地形要求极高的弊端 。
那么 ， 问题又来了 ， 同样于2020年火星发射窗口发射的天问一号 ， 甚至比毅力号发射还要早7天 ， 为何还要绕火3个月后才能着陆？
这是因为首次探测火星的中国航天人选择了不同的方案 。 天问一号要在一次任务中完成“绕、着、巡”三步 。 正因为使命特殊 ， 既有环绕器又有着巡组合体的天问一号探测器 ， 也成为人类向火星发射的最重的探测器之一 。 当然 ， 也因为是首次探火 ， 我国采用“先绕后落”的模式也更加稳妥可靠 。
此前的2月10日 ， 天问一号顺利进入环火轨道 ， 实现“绕、着、巡”第一步“绕”的目标 。 2月15日 ， 天问一号将轨道调整为经过火星两极的环火轨道 。 后续 ， 天问一号探测器还将经过多次轨道调整 ， 进入火星停泊轨道 ， 开展预选着陆区探测 ， 计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆 ， 开展巡视探测 。
天问一号又将经历怎样的着陆过程呢？
据透露 ， 天问一号的整个着陆过程大约9分钟 。 9分钟内 ， 需要将速度从约每秒4.9公里降到0 。 而完成这个任务的第一步 ， 就要借助火星稠密的大气进行气动减速 ， 一旦利用自身气动外形和防热结构扛过气动减速的第一关 ， 天问一号探测器的速度就将成功减少90%左右 。
第二步 ， 需要立刻打开减速伞 ， 直到速度降至每秒不到一百米时 ， 探测器携带的变推力发动机会准时开机 ， 进入动力下降段 。
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天问一号着陆巡视器开伞模拟图
第三步 ， 当到达距火星表面100米时 ， 进入悬停阶段 ， 对预选着陆区进行再观察 ， 选择最安全的着陆区着陆 。 当自主确定着陆区域后 ， 着陆巡视器会在缓冲机构和气囊的保护下 ， 抵达火星表面 。
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天问一号悬停避障后着陆模拟图
目前 ， 火星上已有好奇号、毅力号两辆火星车结伴前行 。 3个月后 ， 天问一号探测器如果安全着陆火星并顺利释放火星车 ， 届时火星上现役火星车的数量将创造历史 。 一个火星探测的新时代正拉开大幕 ， 更多火星的未知之谜将会被更快揭开 。
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