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天问一号着陆的"惊魂9分钟" 为什么着陆过程是“恐怖九分钟”?

  5月15日,天问一号探测器的着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。中国航天器首次奔赴火星,就“毫发未损”地顺利出现在遥远的红色星球上,完成了人类航天史上的一次壮举,实现了我国首次地外行星着陆。着陆后,“祝融号”火星车成功传回了遥测信号。

  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,成功软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。

  从进入火星大气到着陆火星表面是整个火星着陆过程中最为惊险的时刻。我国天问一号任务火星着陆分为气动减速、伞系减速、动力减速、悬停避障与缓速下降四个阶段,历时“惊魂九分钟”。

  两器分离约30分钟后,环绕器进行升轨,返回停泊轨道,为着陆巡视器的后续探测任务提供中继通信,搭建起地球和火星之间的通信桥梁。

  后续,“祝融号”火星车将依次对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。

  为什么着陆过程是“恐怖九分钟”?

  火星着陆持续时间受一系列因素影响,如冲入火星大气的速度、角度、地点和时间,着陆地点的地形地貌特点(尤其是高度),着陆期间的气象条件,具体着陆技术方案和细节等,总体着陆时间在7-10分钟不等。祝融号选择的着陆区是高度较低的乌托邦平原,总着陆时间在9分钟左右,也被叫做“恐怖九分钟”。

  这是因为火星虽是近邻,但与地球的距离在5500万千米到4亿千米之间变化,远超月球。这不仅意味着一次火星探测任务动辄需要飞行7-11个月,还意味着从地球上发出信号与火星通信,至少需要6-45分钟的双向通信时延。火星大气稀薄,引力较小,整体着陆过程仅持续数分钟,期间根本不可能在地球上进行控制,这个过程必须依靠着陆组合体独立自主完成。

  此外,火星半径为3400千米左右,约为地球的一半,表面引力约为地球的38%,表面空气密度不足地球海平面的1%水平,但这并不意味着着陆火星难度低。实际上,着陆火星的困难程度远远超过了月球。虽然大气可以给着陆巡视组合体带来一定的气动减速能力,但密度太低不可能减速到理想的着陆状态,最后一定需要反冲火箭工作悬停降落。为应对不可避免的大气冲击、摩擦和积累的热量,着陆巡视组合体还必须增加气动、隔热、避震等防护结构,重量、复杂度和成本等大幅度上升,风险系数也大大增加了。

  因此,当地球上的航天人通过精确计算得知祝融号正在火星独立完成各项着陆操作、却不得不耐心等待信号回传时,这种焦急的体验不可谓不“恐怖”。

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