5月15日
我国首次火星探测任务
天问一号探测器
在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆
在火星上首次留下中国印迹
迈出了我国星际探测征程的重要一步
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
祝贺！
天问一号成功着陆火星！
据航天科技集团五院专家介绍，天问一号探测器自年7月23日成功发射，精确入轨后，已按预定飞行程序在轨飞行了约天；近期，天问一号在火星停泊轨道上进入着陆窗口，随后探测器实施降轨，环绕器与着陆巡视器开始器器分离，继而环绕器升轨返回停泊轨道，着陆巡视器运行到距离火星表面千米高度的进入点，开始进入火星大气，最终软着陆在火星表面。
目前，人类火星探测任务成功率仅有五成左右，大部分都是折戟在“进入、下降、着陆（简称EDL）”阶段。我国的第一辆火星车祝融号将用何种方式着陆？面临哪些凶险？将完成哪些工作使命？相比起美国的火星车“勇气号”以及“机遇号”，它在设计上有哪些优势、亮点？
近日，广州日报全媒体记者采访了北京大学地球与空间科学学院教授焦维新，请他对祝融号降落火星的难点、亮点及工作任务进行了解读。
北京大学地球与空间科学学院教授焦维新在经历了三个月的环火飞行之后，由航天科技集团五院抓总研制的天问一号火星探测器今天成功降落在首选点——火星北部的乌托邦平原，这标志着我国成为世界上第三个登陆火星的国家。初探火星就一次性实现“绕、落、巡”三个目标，这是其他国家前所未有的，面临的挑战也是前所未有的。
天问一号，5吨重的火星探测器
半个多世纪以来，人类探测火星已达40多次，多半折戟在“进入、下降、着陆”阶段。仅年窗口期，人类就向火星发射了希望号、天问一号、毅力号三个探测器：其中希望号执行环绕探测任务，已于年2月9日开始环火；2月19日凌晨，美国毅力号探测器成功着陆，执行着陆巡视探测任务；2月10日，天问一号探测器顺利进入大椭圆环火轨道，环绕火星获得成功；2月15日，天问一号将轨道调整为经火星两极的环火轨道，进入火星停泊轨道，开展预选着陆区探测，择期实施火星表面软着陆。
为什么“天问一号”要在火星轨道环绕三个月后再着陆呢？焦维新说，这是因为我国首次火星探测任务就要完成“绕、落、巡”三步，这在世界上前所未有。
“大多数火星探测都是一次发射一个设备，轨道器（环绕器）或火星车（着陆、巡视设备）分开发射。”焦维新说：“正因为使命特殊，我国的火星探测器由环绕器和着陆巡视器两部分组成，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（将近5吨重）。而美国的毅力号火星探测器只包含一辆火星车，重量仅为千克。”这也意味着祝融号着陆时更要避免因高速下落而“摔伤”。
火星车。图片来源：国家航天局
恐怖9分钟，每一秒都生死攸关
“火星探测器在奔火途中一直处于高速飞行状态，需要在9分钟里，逐步将速度从每秒4.8千米降至0，才能最终使探测器平稳到达火星表面。这9分钟是整个任务的关键，可以说是起着承上启下的重要作用。”
首当其冲的问题就是减速。“超音速降落伞是减速技术中难度最大的一个环节，天问一号在使用降落伞时要保证在超音速、低密度、低动压下打开，而这个过程存在开伞困难、开伞不稳定等问题。”航天科技集团五院天问一号探测器总体主任设计师王闯介绍：“此外，由于火星大气非常稀薄，进入火星时要求探测器的气动外形具备高效的减速性能，同时需要更轻量化的防热材料。”
除了减速设计，火星进入方案的选择也至关重要，甚至可以说决定“生死”。因为，从开始踏上进入点的那一刻起，天问一号就迎来了此次探火旅程中最凶险、最惊心动魄的“恐怖9分钟”。
“这个过程需要融合气动外形、降落伞、发动机、多级减速和着陆反冲等多项技术才能实施软着陆。每个环节都必须精准无误，差一秒都可能造成整个任务的失败。”航天科技集团五院天问一号探测器总设计师孙泽洲说。为此，天问一号在火星停泊轨道上就对着陆区进行了详查预探测，获取了大量的着陆区地形地貌的数据，并对火星尘暴发生的概率进行了评估；同时，火星探测器继承了嫦娥三号、四号、五号成熟的悬停、避障技术，以确保安全着陆。在上述这些措施的基础上，我们还在国际上首次采用了基于配平翼的弹道-升力式进入方案，以降低火星大气参数不确定性带来的风险。
火星。图片来源：视觉中国机动超强，超越勇气号好奇号
着陆巡视器与地球距离超过1亿公里，通信时延将达到20分钟左右，因此最终软着陆过程只能依赖火星车自主操作。
祝融号具备高强自主能力，为规避火星极端天气的影响，被设置为自主休眠和自主唤醒功能，可工作3个火星月，相当于地球上的92天。在这90个火星日里，火星车将在火星地表开展巡视探测、火星地貌特征研究等多项任务。面对火星上的地表石块障碍，沙尘暴等问题，“祝融号”是如何破解的呢？
首先来看第一个难题——火星表面行走。“主动悬架可以说是祝融号的一大亮点。”焦维新强调：“从目前来看，祝融号非常先进，它在很多性能上甚至超越了勇气号。例如两者拥有相同的30°最大爬坡角度、40米/小时的巡视速度及米/小时的最大速度。还有一个亮点，即主动悬架功能，祝融号能够根据行驶条件自动调节系统刚度和阻尼特性。无论火星表面‘路况’如何变化，主动悬架始终处于最佳减震状态，使火星车具有极佳的通过性、平顺性与操纵稳定性。比如车体在碰到障碍物过不去时，主动悬架可以自主升高，相当于越野车的底盘。这种设计在全世界都很独特。
与好奇号火星车相比，我们还具有独创的蟹行能力和蠕动能力，顾名思义，就是它能够像螃蟹一样进行避障和横行，可以灵活适应复杂多变的火星地表。”除此之外，主动悬架还能帮助火星车通过车体侧倾角的调整，辅助进行热控制。也因此，祝融号有“人类火表机动能力最强火星车”美誉。
蝶翼电池，使用最大功率跟踪技术
为了扛住夜晚低至-℃的低温，祝融号还进行了火星光谱匹配太阳能电池、太阳能电池防尘设计、火星大气环境隔热技术，直接利用太阳能供热集热器解决能源问题。“你可以看到整个火星车就像一只蝴蝶，那个蝴蝶翅膀就是四块太阳能电池板，能适应火星上的光谱，达到极高转化率，从而将能源输送给火星车。”焦维新说。
据所电源控制器主管设计师陈达兴介绍，太阳能电池研制人员创新性地使用最大功率跟踪技术，这是该技术在国内航天领域首次在轨应用。“跟踪精度高达98%。相比传统电路，提高了20%的效率。”
“祝融号上一共有六种载荷，从地形导航相机、多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪，到环绕器上的中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、火星矿物光谱探测仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪，可以看出我们在‘问’什么。”焦维新说：“我们收集火星上的大气数据，来了解火星上的气候；通过火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气电离层、磁场等的、科学探测，来了解火星的演变和历史。这就是火星车的使命。”
着陆平台和火星车模型。图片来源：新闻联播天问之1
为何选择降落乌托邦平原？
乌托邦平原可以说是火星最大的平原，直径达到多公里，它低洼平坦，像个大海，也有学者认为，乌托邦平原是古代火星极区的海。选择乌托邦平原降落主要有两方面原因。
一，考虑安全性。我们预想的着陆点在北纬24.7度、经度度左右相对平坦的区域，乌托邦平原正符合要求。当然这里也谈不上一马平川，依旧存在沟壑。最终我们能否着陆到平坦区域，取决于火星车着陆前的避障动作。
二，考虑科学价值。这是我们首次踏上火星，目前可以得知，在乌托邦平原地区，有相当大可能是含有地下“水冰”，这不是纯粹的冰，而是含有沙土的冰，且含冰量相当大。值得