■本報首席記者 許琦敏
昨天7時18分，天問一號著陸巡視器成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區，實現了我國首次地外行星著陸。著陸火星是火星探測之旅中挑戰最大的一關，至今成功率只有約50%。中國首次火星探測任務緣何能夠“一落成功”？全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩表示，我國航天專家通過充分的工程與科學論證，以工程實現風險低、科學探測價值高為原則，將著陸區選在了火星最大平原烏托邦平原南部。同時根據“祝融號”火星車的特點，以及我國航天既有成熟技術和經驗，選擇了反推著陸腿式著陸方式。在千萬航天人的精密測控下，天問一號自主完成了“生死九分鐘”的挑戰。
著陸烏托邦平原，探尋火星是否有生命存在
如何在約1.4億平方公里的火星表面，為火星探測器選擇一個合適的著陸點？龐之浩說，它必須滿足兩個最基本的條件：一是在工程上可實施，比如著陸點要相對開闊平坦，以便在探測器著陸時不受到損壞，同時還要兼顧能與地球進行測控通信，光照較為充足等條件；二是在科研上有價值，比如著陸點的地質構造、物質元素比較豐富，其他國家此前沒有探測過等。
天問一號于今年2月被火星捕獲后，在環火的三個月飛行中，拍攝了大量火星表面照片。通過綜合分析，由航天工程師與行星科學家共同反復研究和比較分析，最終選出符合探測任務要求的著陸地點。
此次天問一號著陸巡視器的首選著陸點——烏托邦平原，位于火星北緯5°至30°的北半球，那里地勢平坦，陽光照射條件也比較好。由于“祝融號”火星車采用太陽能電池供電，它所攜帶的用于導航和檢測障礙的光敏感器也需要良好的光照條件，所以選在陽光充足、晝夜溫差較小的烏托邦平原著陸，也有利于火星車的后續工作。
另外，烏托邦平原很可能是火星遠古海洋的所在地，在此著陸有利于探索和研究火星上是否存在生命這一當前火星探測的熱門問題。最新科學探測發現，在火星烏托邦平原距離地面1到10米的淺表底層下方有大量地下水冰存在，儲水量相當于地球面積最大的淡水湖——蘇必利爾湖。火星地下有水，是否意味著火星存在或曾經存在過生命？火星是否會是地球人的未來家園？“祝融號”火星車的探索將可能為這些問題提供更多答案。
自主執行上百個程序，安全度過“生死九分鐘”
火星著陸究竟有多難？龐之浩說，業界通常將其難度形容為“相當于從巴黎打一個高爾夫球，正好落到東京的某個洞里”。
由于火星距離地球太遙遠，地面的遙測和遙控信號很微弱，且地火之間的通信延時達10分鐘以上，而且當火星探測器運動到火星背面時，地球上就無法準確確定其軌道參數。所以，著陸火星的全過程，一切都要靠探測器自主進行。“因此，必須在火星探測器著陸前，提前注入數據，使它在著陸過程中完全自主地執行上百個程序，任何一個程序都必須非常精確，一秒不差。”龐之浩說，正因如此，探測器降落火星的過程通常被稱為“生死七分鐘”。
此次，天問一號則經歷了“生死九分鐘”。這九分鐘分為四個階段：第一階段是氣動減速段，依靠火星大氣阻力，將裝有著陸巡視器的進入艙速度從4.8千米/秒減速到460米/秒；第二步是傘降減速段，進入艙打開降落傘，將速度由460米/秒降到95米/秒；第三步是動力減速段，進入艙把大底和背罩拋掉，露出著陸平臺和火星車，同時平臺上的大推力緩沖發動機開始工作，進一步把速度減小到3.6米/秒；最后則是著陸緩沖段，著陸巡視器在高度降為100米的時候速度基本降到0，進行懸停避障，觀察地面，尋找最安全的著陸地點，最后通過四條著陸腿的緩沖作用在火星表面軟著陸。
此次火星著陸，我國采用的是反推著陸腿式。龐之浩解釋，這是因為“祝融號”火星車的重量為240公斤，比較適合采用這種方式。另外，這種著陸方式與“神舟”飛船返回艙返回地球類似，可以借鑒此前的技術和經驗。
成功著陸后，火星“天地”同步展開科學研究
成功著陸火星，對于“祝融號”火星車來說，剛只邁出了第一步。后續，它將依次開展對著陸點全局成像、自檢、駛離著陸平臺，并開展巡視探測。
“拍照”是“祝融號”最主要的科學研究目標之一。它攜帶了多臺相機，包括可拍攝火星高清廣角大圖的導航地形相機，能詳細分析地形、地貌和地質的多光譜相機，能將砂石放大到微米級的微成像相機等。“祝融號”還攜帶有火星表面成分探測儀。這臺由中國科學院上海技術物理所和中國科學院上海光學精密機械研究所聯合研制的設備，能在數米外用激光把巖石成分燒蝕成等離子體，同時利用短波紅外光譜顯微成像儀進行分析，可對著陸區的火星表面元素、礦物和巖石開展高精度科學探測，為驗證“古海洋”假說提供數據支持。
此外，通過次表層探測雷達，“祝融號”還能探測火星土壤和淺層地下結構——火星沒有全球覆蓋的穩定磁場，但表面仍存在支離破碎的偶極磁場，或許通過火星車的探測，能夠逐步還原出火星的演化歷史。而車上配備的氣象測量儀，則能讓人類更多了解這顆神秘行星的“脾氣”。
當“祝融號”車在火星表面開始工作后，天問一號環繞器將會為它提供各種服務，包括將各種科研數據傳回地球，同時向它轉發來自地球的指令。實際上，環繞器本身也是一個超級科研平臺，將開展環繞科學探測。它攜帶了中分辨率相機、高分辨率相機、次表層探測雷達、礦物光譜分析儀、磁強計等七項儀器，可在多種軌道高度對火星的大氣電離層情況、周邊行星際環境、土壤類型和分布等問題，進行整體性、全球性、綜合性研究。
共有條評論 網友評論