“天问一号”探索火星关键 中国科技挑战恐怖9分钟

刊登日期 : 2021-01-11

距离1亿公里远 难实时遥控 成中国科技难题 

　　2020年7月23日中午12时41分，“天问一号”由凝聚中国科技的运载火箭“长征五号”搭载升空，36分钟07秒后顺利进入预定轨道，开始漫漫征程。依照设计，“天问一号”沿着地（球）火（星）转移轨道，以大约每天30万公里高速飞行，途中需要多次修正轨道，7个多月后，也就是2021年2月底到达火星附近。

　　此际“天问一号”的速度是每秒大约3公里，比火星轨道的逃逸速度每秒1公里快得多，因此它必须改变飞行姿态，180度“转身”用发动机反推来“煞车”，以便被火星的引力捕获并进入环绕火星轨道，整个过程约20至30分钟。这一步是火星探测任务的第一个难点，也是对中国科技其中一个考验，如果“刹车”早了，“天问一号”速度降得太低，便会坠入大气层和撞向火星表面；迟了就不能被火星引力捕获，会继续飞向宇宙深处。

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　　由于“天问一号”和地球已超过1亿公里距离，无线电通信的单程时间就要17分钟，所以科学家们无法从地球实时发指令遥控，它只能依靠设置的程序来操作，技术要求极高。日本在1998年曾发射“希望号”火星探测器，就是在这一阶段遇挫折，与火星擦肩而过。

　　过了这一关，“天问一号”会变成环绕火星的卫星。它慢慢降到适当高度后，会在火星轨道运行大约75天，这时轨道器的7部探测仪器，包括中、高分办率相机、地下勘测雷达、矿物光谱探测仪、火星磁强计、离子与中性粒子分析仪、能量粒子分析仪陆续开始运作，对火星的地形地貎、内部构造、气象环境等方面作普查式探测。其中的高分辨率相机，从400公里轨道拍摄的分析度达到2米。  

半空悬停视察着陆点 见证中国科技大突破 

　　与此同时，这些仪器亦对着陆器的着陆地点进行探测，然后“天问一号”将适时释放出着陆器，着陆器随即进入大气层，在火星表面软着陆。这激动人心的日子是2021年的5月15日。

　　不过着陆器到达火星表面之前，还要再过难关。

　　虽然火星大气层稀薄，但着陆器下降速度高，摩擦生热下其表面就像一团火，故需要在其前面有一个隔热外壳。当速度降下来后，隔热外壳会被抛掉，继而大型降落伞（减速）打开，继续减速。当速度再降至某标准时，降落伞也会脱落，着陆器的反推引擎马上点火，让速度进一步降低，直至在空中悬停。

　　这时着陆器要自行观察着陆点是否适合，例如有否陨石坑或大块岩石。如果有，着陆器便要平移，躲开这些障碍物再着陆。在着陆器与火星表面接触时，它4条有弹性的“腿”还可起缓冲作用。

　　“天问一号”的着陆器从离开轨道器、进入火星大气层，到抵达火星表面，全程大约为9分钟，个中对各方面技术的要求极高，而且同样因为地球和火星间通信时间差，只能靠着陆器自身设置的程序，所以这也是“天问一号”征途中最惊心动魄的一段；由于这过程实在太惊险，科学家将之称为“恐怖9分钟”。

　　在此之前，美、苏和欧洲太空总署都有探测器折戟在这几分钟里，致前功尽废。事实上，在2020年前，美、苏只有8个探测器成功登陆火星，当中包括4辆火星车。

　　另外，探测器着陆火星的过程，美国称之为“恐怖7分钟”，为什么中国的“天问一号”会多了2分钟呢？有报道指这是因为“天问一号”用了更大的降落伞，让它能在更高的高度开伞，争取更多空中调整时间；同时它在着着陆过程中加了主动悬停避障，这是美国探测器所没有的。所以“天问一号”着陆时间较长，但安全系收也更高。 　　

一次完成“绕、着、巡” 成中国科技大亮点 

　　平安抵埗后，“天问一号”着陆器在2021年5月22日放出巡视器，也就是“祝融号”火星车。“祝融号”火星车长3.3米，宽3.2米，高1.85米，重240公斤，装有可以拍摄火星表面以下100米图像的透地雷达，以及磁场探测器、气象测量仪、火星表面化合物探测器、多光谱相机、导航和地形相机等6套仪器。它以太阳能为能源，能在火星上巡视和工作最少90个火星日（一个火星日相当于24小时39分钟），期间会采集岩石土壤等，为中国获取第一手的火星地质资料。

　　当这一切顺进行，中国便成为第一个一次完成对火星“绕、着、巡”的国家，也将是继美国之后，第二个有火星车安全着陆和巡视探测火星的国家，在历史上留下浓墨重彩的一笔。

　　至于“天问一号”的轨道器，会继续留在轨道上运行约23个月，除了继续探测外，还会作为中继卫星，把火星车发出的信号转发回地球。

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