“祝融号”成功登陆火星 解读天问一号的火星征程
新京报2021-05-15 20:37
新京报贝壳财经讯（记者 罗亦丹）北京时间5月15日7时18分， 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。后续，着陆器上搭载的“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。
从发射、抵达、入轨变轨到降落火星，“天问一号”是如何完成这一艰巨任务的？对此新京报贝壳财经记者采访了航天领域专业人士进行了解读。
发射 抵达
天问一号6个月抵达火星
根据航天局官网信息，我国首次火星探测任务于2016年正式批复立项。北京时间2020年7月23日,“天问一号”搭载长征五号遥四火箭在中国文昌航天发射场发射升空。
“对于从地球至火星的深空航行而言，火星探测器的飞行速度与轨道几乎是确定的，基本都要走‘霍曼转移轨道’。”航天领域专业人士告诉新京报贝壳财经记者，“在该轨道内，探测器突破第二宇宙速度（即脱离地球引力）后，首先进入一个环绕太阳运动的大椭圆轨道，该轨道的飞行轨迹刚好与火星轨道内切，当算准发射时间后，探测器飞抵火星轨道时火星也正好运行到，此时探测器通过发动机进行减速，从而被火星引力捕获。 ”
2021年2月10日19时52分，中国航天科技集团宣布，中国首次火星探测任务天问一号探测器实施近火捕获制动，环绕器3000N轨控发动机点火工作约15分钟，探测器顺利进入近火点高度约400千米，周期约10个地球日，倾角约10°的大椭圆环火轨道，成为我国第一颗人造火星卫星。
入轨 变轨
为何从10°倾角变为90°倾角？
值得注意的是，抵达火星轨道后，天问一号还进行了一次变轨。2月15日17时，中国航天科技集团宣布天问一号探测器成功实施捕获轨道远火点平面机动，将轨道调整为经过火星两极的环火轨道，并将近火点高度调整至约265千米。后续，探测器还将通过数次轨道调整，进入火星停泊轨道。
“10°倾角是指环火轨道与火星赤道平面的倾角为10°。”航天领域专业人士对新京报贝壳财经记者表示，之所以选择低倾角进入火星，是因为火星和地球都会在一个几乎相同的平面围绕太阳运动，以低倾角方式进入轨道可以减少很多干扰，最简单、效率最高。
不过，进入轨道后若一直以10°倾角轨道运动，就只能观测到火星赤道南北10°左右的区域，此时必须进行变轨，当转为绕火星两极的约90°倾角后，就可以观测到火星的全部区域。此外，由于天问一号此次着陆的区域在北边乌托邦平原处，大概在30°以上的位置，所以必须调整成高倾角轨道，否则不可能在这一地方着陆。
登陆 探测
国家航天局官网发文称，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。
航天专家介绍，天问一号探测器的组成部分包括环绕器与着陆器，在着陆器降落火星之前，环绕器必须留在火星轨道之上。这是因为天问一号是我国首次执行火星探测任务，必须把环绕器留在轨道上做“中继器”之用。
专家表示，由于火星车无法携带满足与地球通信的大型天线，着陆到火星表面后，不可能直接与地球通信，此时必须通过环绕器中继的方式与地球通信，即火星车把信号发给火星环绕器，环绕器再发给地球。
根据国家航天局信息，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。
据了解，在着陆过程中，天问一号选择的是火箭反推悬停降落技术。航天专家向贝壳财经记者介绍，在火箭反推悬停降落技术中，反推火箭会一直工作到降落火星表面。有巨大（相对着陆器本身体积）的燃料罐和反推火箭，各种传感系统也装在着陆器底部。
国家航天局表示，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、火星地形地貌等挑战，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第二宇宙速度发射、行星际飞行及测控通信、地外行星软着陆等关键技术，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。
新京报贝壳财经记者 罗亦丹 编辑 王进雨 岳彩周 校对 李项玲
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