天问一号携祝融号成功着陆火星！陕西力量全程护航！

国家航天局消息，

科研团队根据“祝融号”火星车

发回遥测信号确认，

5月15日，天问一号着陆巡视器

成功着陆于

火星乌托邦平原南部预选着陆区，

我国首次火星探测任务

着陆火星取得圆满成功。

凌晨1时许，天问一号探测器，在停泊轨道实施降轨，机动至火星进入轨道。

4时许，着陆巡视器与环绕器分离，历经约3小时飞行后，进入火星大气，经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲，成功软着陆于预选着陆区。两器分离约30分钟后，环绕器进行升轨，返回停泊轨道，为着陆巡视器提供中继通信。后续，“祝融号”火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。

我国首次火星探测任务于2016年正式批复立项，计划通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视，对火星进行全球性、综合性的环绕探测，在火星表面开展区域巡视探测。

天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成，着陆巡视器包括“祝融号”火星车及进入舱。

探测器于2020年7月23日成功发射。2021年2月10日，探测器进入大椭圆环火轨道，成为我国第一颗人造火星卫星。2021年2月24日，探测器成功实施第三次近火制动，进入周期2个火星日的火星停泊轨道后，对火星开展全球遥感探测，并对预选着陆区进行详查，探测分析地形地貌、沙尘天气等，为着陆火星做准备。

火星探测风险高、难度大，探测任务面临行星际空间环境、火星稀薄大气、火面地形地貌等挑战，同时受远距离、长时延的影响，着陆阶段存在环境不确定、着陆程序复杂、地面无法干预等难点。

天问一号任务突破了多个关键技术，实现了我国首次地外行星着陆，是中国航天事业发展中又一具有重大意义的里程碑。这也意味着中国成为了继美国和前苏联之后，第三个成功将探测器送达火星表面的国家。

近7个月奔火、3个月绕火，漫漫征途近5亿公里

六院78台发动机全程护航天问一号成功落火

在浩瀚星空中飞行将近10个月，经历近7个月奔火、3个月绕火，2021年5月15日，天问一号着陆巡视器与环绕器实现分离，成功软着陆于火星表面。

2021年5月15日7时18分，天问一号着陆巡视器与环绕器实现分离，成功软着陆于火星表面，着陆后，“祝融号”火星车成功传回了遥测信号。

总部位于陕西的航天科技集团六院研制交付的78台各型发动机，推举长征五号遥四运载火箭、助力天问一号探测器，在浩瀚宇宙中书写了一个又一个新奇迹。

30台发动机助力长五遥四火箭脱离地球引力

要想成功飞向火星，搭载火星探测器的运载火箭必须达到第二宇宙速度，方能助力探测器脱离地球引力，踏上神秘的探火之旅。

在长征五号遥四运载火箭上，配置了由航天科技集团六院研制生产的新一代绿色无污染的8台120吨级液氧煤油发动机、2台50吨级氢氧发动机、2台9吨级膨胀循环发动机及18台作为辅助动力的姿控发动机。

这30台四型发动机，将我国运载火箭的近地轨道运载能力，从9吨提升至25吨，从而实现火箭的一飞冲天，为天问一号探测器向着火星的漫漫星途，提供了强劲可靠的动力保障。

4.75亿公里的飞行，3000N轨控发动机是主动力

在经历近7个月的奔火旅程后，天问一号探测器成功开始绕火星飞行。这是我国第一次火星探测三步走任务“绕、着、巡”中的第一步，也是整个火星探测任务中技术风险最高、技术难度最大的环节之一。

超过4.75亿公里的飞行距离里，天问一号始终以太阳为中心飞行，力保在探测器到达火星轨道时，火星也刚好达到，从而实现被火星捕获，成为围绕火星飞行的一颗卫星。只有实现这个前提，才能完成后续探测器进入到着陆前的停泊轨道、实施着陆和开展火星表面工作等一系列关键动作。

这一过程，也可以理解为一辆行驶在高速公路上的汽车即将寻找一个准确的时机进入匝道，这要求对它当前位置作出精准的测量，并保证能够稳、准、狠地踩下刹车。要确保在15分钟左右的时间里，把探测器与火星的相对速度从每秒5.1公里降低到每秒4.5公里，这要求发动机不仅要快速点火启动，还要保证在额定点长时间连续稳定工作。

这是一次性不可逆的过程，如果一旦发动机未能点火，或是点火姿态出现问题，将会导致整个任务的失败。由六院研制生产的3000N轨控发动机就是肩负着近火制动任务的关键。在探火之旅的整个过程中，3000N轨控发动机承担着三项任务，一是地球转移到火星过程中的姿态修正，二是在接近火星时的“刹车制动”，三是在火星附近的轨道调整。

火星着陆阶段 7500N变推力发动机起关键作用

在火星着陆阶段，相较探月任务有所不同，火星表面存在以二氧化碳为主要成分的稀薄大气，会在发动机下降过程中带来摩擦生热等问题。因此探测器着陆方式也从之前月球真空环境下的变推力发动机反推着陆，改变为降落伞和变推力发动机共同作用。

六院研制团队还对变推力发动机表面的涂层材料做了改进，以更好地适应100m/s的火星大气来流对发动机涂层的冲刷等影响。用绿色、先进、可靠的液体动力技术，护送祝融号火星车安全踏上火星地表。

在天问一号探测器上，六院研制交付了着陆巡视器和环绕器的推进分系统，共计48台大大小小的发动机。它们分别为着陆器着陆过程悬停、避障及缓速下降过程提供了可靠动力，为环绕器系统提供轨道转移、制动捕获、轨道调整以及姿态控制所需的精准动力。

当进入合适的着陆时机，天问一号在3000N发动机作用下，下降到距离火星100km的高度，实现环绕器和着陆器分离。

为使着陆巡视器降低运行速度达到着陆要求，作为着陆巡视器主发动机的7500N变推力发动机接续发挥关键作用，为着陆巡视器动力减速、悬停避障和缓速下降等软着陆任务提供轨控推力。

该型发动机是六院研制团队在借鉴探月任务中7500N变推力发动机工程经验基础上，根据火星探测任务全新设计制造的发动机。并且相较之前探月任务中同样推力的7500N发动机，为了满足火星探测器安装结构要求和减重需求，并提升发动机性能，研制团队首次在我国开展深空探测的航天器上将推进分系统发动机燃烧室从以往的低室压方案改进为中室压方案，从而保证了相同推力情况下，发动机体积更小、性能更高。

与此同时，环绕器在3000N发动机作用下，高度开始抬升，回到环火轨道，对火星全球环绕探测，持续为火星表面探测和地球的通信担当中继卫星。

在此过程中，两器推进分系统中的小姿控发动机，也起到了不可替代的作用，共同成就了探测器环火和着陆时精准的身姿。

设计自主管理系统让探测器能判断突发情况自行动化解

为克服30分钟超长通讯时延和“星掩区”通讯盲区

设计自主管理系统让探测器能判断突发情况自行动化解

时延，是人类进行深空探索面临的共同难题。与嫦娥三号探测器类似，“天问一号”在降落过程中有降速、悬停、缓速下降等动作，对发动机实时响应能力要求很高。但此前嫦娥探月时，时延只有一两秒，感觉并不明显，大多数时候地面仍可以直接控制探测器的动作。

然而当天问一号到达火星时，探测器状态信号需要在宇宙空间里跑30分钟左右才能到达地球,地面上的操控人员即使能实时作出判断回复，到达探测器时又已经过去了30分钟，早就错过了合适的动作时机。

因此，在推进分系统的前期设计中，六院研制团队使用了自主管理系统，让探测器自己判断突发情况自己采取行动化解，实现当判断动作时机到来时，天问一号能够自动执行任务。

按照计划，近火捕获开始15分钟后发动机点火就会结束，但因为飞行的轨道设计，发动机点火开始后没多久，天问一号就飞到了火星背面的“星掩区”，火星的遮挡完全中断了探测器和地球之间的通信。为实现自主管理，确保任务顺利完成，六院研制团队开展头脑风暴，分别为环绕器和着陆巡视器设想了10余种自主管理方案和故障预案，比如发动机贮箱欠压、超压等。为推进分系统开展了发动机故障自主切换冗余设计、配置了制导导航和控制系统等保障。

4亿公里外成功“落火”

陕西造“泊车雷达”和立体通信测控网好比眼睛和神经

在“天问一号”火星探测器安全着陆火星过程中，航天科技集团五院西安分院研制的微波测距测速敏感器和测控数传分系统发挥着至关重要的作用。

落火三分钟 高精尖雷达精确探火

当天问一号火星探测器中的着陆巡视器进入火星大气层的时候，安装在着陆巡视器进入舱上的专用雷达——微波测距测速敏感器开始加电工作。

火星探测器由环绕器和着陆巡视器组成，在着陆火星前，环绕器将和着陆巡视器分离，环绕器继续环绕火星轨道飞行，而着陆巡视器则承担着在火星表面着陆的任务。火星探测器的着陆巡视器由进入舱和火星车“祝融”号构成，而微波测距测速敏感器犹如安装在进入舱上的“泊车雷达”，是负责提供着陆速度和距离信息的最重要的敏感器之一，对整个着陆过程进行安全把控。

在着陆巡视器着陆的过程中，微波测距测速敏感器在距离地面6公里的时候开始工作，共工作3分钟。微波测距测速敏感器在进入火星大气层过程中加电，着陆火星过程中抛除防热大底后，微波测距测速敏感器转入“泊车雷达”工作模式，开始提供测距和测速信息，直至安全降落到火星表面。

那么微波测距测速敏感器是怎样进行测距测速，确保火星平安着陆的呢？其主要依靠由四部雷达集成在一起的微波测距测速敏感器，指向四个不同方向，同时完成测距和测速的测量。较之前的月球探测任务在测距精度和测速动态范围上都有很大的提升。这四部雷达犹如“火眼金睛”，通过四部雷达的独立运行，可以为火星探测器提供最原始的、最真实的速度和距离信息，然后由火星探测器对各个单机产品提供的原始数据进行融合，获取探测器的实时高度和速度信息。

由于在距离火星表面6公里的时候，正处于伞系减速段，这个时候整个着陆巡视器处于相对的摇晃状态，而此时，微波测距测速敏感器特殊的指向布局设计可以保证在摇晃的状态下，至少有三个波束是处于有效的测距测速范围内工作。

到距离火星表面1-2公里的时候，降落伞以及着陆巡视器的背罩就会被抛除，进入了动力减速段，也就是通过安装在着陆巡视器上的反推发动机开始工作，直到距离火星表面100米，着陆巡视器处于悬停状态的时候，微波测距测速敏感器进入了相对平稳的工作状态。着陆巡视器将结合光学成像以及微波测距测速敏感器的数据，通过平移来选择最佳的着陆位置。

行百里者半九十，从悬停在距离火星表面100米到着陆于火星表面，这是整个火星探测器着陆的关键阶段，这中间将经历避障和缓速下降的过程，在反推发动机的作用下，着陆巡视器开始缓慢垂直下降。在距离火星表面2米左右的时候，反推发动机停止工作，着陆巡视器将按照预选的区域着陆火星表面。至此，圆满完成整个火星的着陆过程。

“立体通信测控网” 扣紧“落火”关键一环

除了微波测距测速敏感器，西安分院还为天问一号火星探测器研制了测控数传分系统，在“地”与“火”之间跨越4亿公里，搭建了地面测控站与着陆巡视器、环绕器及“祝融”号火星车之间的“立体通信网”。

火星与地球之间的距离最远时可以达到4亿公里，大约相当于月球与地球距离的1000倍。在遥远的深空，清晰的信号传输，无疑是一项巨大的挑战。而西安分院在距离地球4亿公里外搭建的“立体通信测控网”时刻保障天问一号火星探测器与地球通信畅通无阻。

天问一号探测器与地球间的通信主要包含三方面数据：天问一号火星探测器的位置和速度信息、地面测控站向探测器发送的遥控指令以及探测器向地面传回的探测信息。

当火星探测器进入着陆阶段时，地面测控站要想了解着陆过程中的位置及速度信息，就需要依靠进入舱、环绕器与地面测控站之间的双向“信息高速路”。西安分院为天问一号火星探测器研制的测控数传分系统包括了UHF频段收发信机和X频段深空应答机等关键设备，可以先实现进入舱与环绕器之间的通信测控，环绕器再将信号回传至地面测控站。地面测控站也同样通过这条“信息高速路”将遥控指令发送至进入舱，确保着陆过程万无一失。

西安分院进入舱UHF频段收发信机负责人田嘉介绍：“这一阶段的数据是‘落火’过程中的关键遥测数据，便于地面判断落火过程中各分系统的工作状态。由于‘落火’比‘落月’相对地球的距离更加遥远，火星表面环境相对月球表面环境更加复杂，难度更大，因此火星探测器在进入大气层、下降、着陆过程中的遥测十分关键。”

作为我国首个火星探测器“落火”过程的“立体通信测控网”，测控数传分系统助力着陆巡视器成功着陆。在随后的“祝融”号火星车探测巡视任务中，火星车还将与地面测控站建立多条通信链路，持续为后续的火星探测任务服务。这些“信息高速路”共同为火星与地球之间编织出了立体通信测控网络，将在 “祝融”号火星车与地面之间的通信测控发挥更加重要的作用。

华商报记者 马虎振、新华社

原标题：《天问一号携祝融号成功着陆火星！陕西力量全程护航！》

阅读原文