“天问一号”登陆！“祝融”号叩开火星大门，中国突破最难的环节

“天问一号”成功降落火星，“祝融”号火星车即将出动！对于中国航天事业来说，2021年5月15日绝对是一个值得载入史册的重要一天，中国自主研发的火星探测器“天问一号”成功着陆，“祝融”号火星车降临火星，火星的土地上终于竖起了鲜艳的五星红旗。截至目前，人类一共进行过21次火星探测器着陆任务，仅有9次取得成功，其中就有“天问一号”的这一次。

值得注意的是，“天问一号”发射任务是中国进行的首次火星探测。而就是在这个“首次”，中国就成功实现了“绕、落、探”三个重大目标，实可谓世界航天史上的一大成就，既说明我们的技术起点很高，也体现出中国在航天领域的雄厚实力与强大信心。

在21次火星探测器着陆中，仅有9次获得成功，足见登陆火星是一件难度何其巨大的事情。那么，登陆火星的难点究竟在哪？为何成为了多国难以企及的一道技术门槛？我们不妨了解一下。

以国产“天问一号”探测器为例，其目前距离地球约3.2亿公里。向3.2亿公里外的探测器发出各种控制指令，我们首先遇到的问题是什么？很简单，那就是信号延迟，距离越远，信号传输需要的时间就越久。倘若探测器只是在轨道上运行的话，那稍稍有些延迟还不是大事，但若是在降落火星的过程中控制不好的延迟问题，那就是个“灾难”了。

探测器从轨道冲入火星大气层，再到无损地成功降落火星表面，需要进行姿态控制、多次减速控制和最终的伸出着陆腿。听起来非常简单，但任何一个动作哪怕早了或晚了零点几秒，都有可能让“天问一号”不幸成为火星上的一堆残骸……

下降开始后，“天问一号”遇到的第一个“拦路虎”不是如何减速，而是要耐高温。火星的大气层密度很小，基本只有地球的一百分之一，但厚度却并不小。当探测器冲入火星大气层时，速度约为4.9公里/秒，在火星大气层的摩擦下，探测器表面温度会在短时间内上升到1300摄氏度，随即进一步升至2100摄氏度，堪称“地狱烈火级别的炙烤”，这种令人揪心的炙烤要维持5分钟之久，直到探测器彻底冲入火星大气层。

对于很多国家来说，如何给探测器“裹”上一层足够强大的“耐热服”，是一个极具挑战性的工作。探测器的耐热外层必须经受住极端的高温，不至于因摩擦高温而焚毁，同时还要保证内部温度不超高，对设备毫无影响，尤其不能让宝贵的“祝融”号火星车被“烧伤”。

冲入火星大气层后，结束了气动减速阶段的探测器已成功地将速度降到了原先的10%左右，即480~490米/秒。但即便如此，其依旧超越地球环境下的音速，如果以这种超过1马赫的速度着陆，那无疑仍是灾难，或者说根本算不上着陆，而是坠落。因此，“天问一号”还需要进一步减速，此时就需要减速伞出场了。

张开减速伞时，“天问一号”必须保证已经冲入了火星大气层内部，且不能再与大气层出现剧烈摩擦和高温，否则就会因为开伞过早而烧掉减速伞，因而开伞的时机需掌握得极为精准。同时，减速伞的设计必须极为坚固，能够承受住探测器以超过1马赫的速度带来的巨大动能，不能因反作用力而被扯断。减速伞的减速阶段约耗时90秒，在这90秒中，“天问一号”的降落速度会大幅度下降到100米/秒左右。

当然了，对于探测器来说，即便是100米/秒也是一个过快的着陆速度，依旧会让自己狠狠地撞到火星表面，这时就需要开启反推发动机。“天问一号”装备的国产反推发动机技术成熟，即7500N变推力发动机，在多次“嫦娥”登月任务中表现出色。

值得注意的是，反推发动机的作用不仅仅是减速，其还能让探测器在空中100米处实现悬停，这是很重要的一步。悬停的目的是为了在降落前的最后时机，为探测器选择最为平坦的着陆点，防止因地形凹凸不平或障碍物过多而撞坏探测器。在姿态发动机的调整下，探测器会缓缓下降高度。最终在距离火星表面不到4米的高度时，发动机关机，降落动能将完全由探测器本身的着陆腿和缓冲装置吸收。

基本上，这就是“天问一号”探测器携带“祝融”号火星车降落火星的一个过程，原理说起来很简单，但实现起来的每一个步骤，都足以让各国航天人为之公关数年乃至数十年。以俄罗斯和欧洲多国联合推进的ExoMars火星探测任务来说，就是因为减速伞技术迟迟不过关，导致其在2020年错过了登陆火星的发射窗口期。

而在降落过程中，减速伞的开伞与抛弃、反推发动机的开机与关闭、姿态发动机的关闭……任何一个动作和指令的或早或晚，都可能让探测器就此化为乌有，更何况这是在3.2亿公里之外的地球上发出的控制指令，更显难度之高。

如今，中国人终于叩开了火星的大门，在探测火星的赛道上，中国已经进入全球第一梯队，甚至开始引领世界。相信随着“祝融”号开启火星之旅，我们将对这颗星球有越来越多的了解，揭开其神秘的面纱。