“天問(wèn)一號(hào)”登陸火星“前傳”

趙聰

2020年7月23日，“天問(wèn)一號(hào)”從海南文昌啟程，直到2021年5月15日了時(shí)18分，才穩(wěn)穩(wěn)降落在位于火星北半球的烏托邦平原上。在登陸火星前，“天問(wèn)一號(hào)”走了多少路，看到了什么風(fēng)景，做了哪些有趣的事兒，又克服了哪些難以想象的困難？讓我們一起來(lái)回顧！

環(huán)火3個(gè)月

“天問(wèn)一號(hào)”距離家鄉(xiāng)3.2億千米，是走得最遠(yuǎn)的中國(guó)遠(yuǎn)行客。2020年7月23日，它從海南文昌啟程，截止著陸前，已跋涉295天。

在這些天里，它曾舉起自拍桿，拍下深空掠影，向祖國(guó)報(bào)告平安;也曾回望故土家園，拍下地月合影，遙寄思鄉(xiāng)之情。

最重要的，它先后多次修正前行軌道，更精準(zhǔn)地朝火星奔去。

2021年2月24日，它踩下了“史上最難”的太空剎車——通過(guò)3次近火制動(dòng)，成功進(jìn)入火星軌道，順利飛抵火星。在火星上空踩下的這幾腳剎車，分寸有多難拿捏？科學(xué)家說(shuō)，就像從巴黎打出一個(gè)高爾夫球，讓它落進(jìn)東京的某個(gè)球洞里。

到達(dá)火星上空后，“天問(wèn)一號(hào)”沒(méi)有立即降落，而是環(huán)火飛行數(shù)月。

中國(guó)首次探測(cè)火星，最重要的是妥妥成功，因此，“天問(wèn)一號(hào)”選擇了最穩(wěn)妥的模式——“先繞后落”。

“天問(wèn)一號(hào)”環(huán)繞器總體副主任設(shè)計(jì)師杜洋介紹，我國(guó)在“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)任務(wù)之前，尚不掌握第一手火星環(huán)境資料，對(duì)火星的地形地貌、天氣環(huán)境等各方面情況尚不熟悉。

在本次任務(wù)中，根據(jù)全球已公開(kāi)的數(shù)據(jù)，在任務(wù)規(guī)劃中首先預(yù)選出一個(gè)首選著陸區(qū)以及一個(gè)備選著陸區(qū)，并通過(guò)環(huán)繞火星的方式對(duì)預(yù)選著陸地點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)。

在將近3個(gè)月的時(shí)間里，“天問(wèn)一號(hào)”在火星停泊軌道上“兜圈”式飛掠，不停地鳥(niǎo)瞰著陸點(diǎn)——烏托邦平原。借助攜帶的相機(jī)和光譜儀，它看清了火星的地形地貌，監(jiān)測(cè)到了火星沙塵暴的當(dāng)季動(dòng)向，也看到了著陸地區(qū)的坡度、凹坑等。

科研人員根據(jù)觀察到的最新情況，不停地完善火星著陸方案，避開(kāi)惡劣的火星天氣，選擇一個(gè)“風(fēng)和日麗”的日子實(shí)施火星著陸計(jì)劃。

自主闖險(xiǎn)關(guān)

隨著“天問(wèn)一號(hào)”兩兄弟分離，北京航天飛行控制中心的科研人員也進(jìn)入了最后的忙碌時(shí)間。很快，著陸巡視器將迎來(lái)火星著陸的挑戰(zhàn)。其間，信號(hào)會(huì)被等離子鞘層切斷，“天問(wèn)一號(hào)”將短暫失聯(lián)，所有的難關(guān)只能靠著陸巡視器自主去闖。

此刻的航天工作者就像一位丈夫，妻子即將進(jìn)入產(chǎn)房，他等候在門外，能做的已經(jīng)很少，但抑制不住興奮和緊張。

火星著陸一直有“黑色7分鐘”的說(shuō)法，最早起源于美國(guó)火星探測(cè)任務(wù)，揭示著陸過(guò)程的險(xiǎn)象環(huán)生，具體耗時(shí)卻不盡相同。據(jù)專家介紹，中國(guó)“天問(wèn)一號(hào)”任務(wù)中，探測(cè)器從進(jìn)入大氣到著陸火星，全程預(yù)計(jì)9分鐘。

火星稀薄的大氣屏障曾讓數(shù)個(gè)人類探測(cè)器殞命。一頭扎進(jìn)不可知的大氣環(huán)境，是世界一半以上火星探測(cè)器著陸失敗的主要原因。“天問(wèn)一號(hào)”在贏得榮譽(yù)之前，先要經(jīng)受世所罕見(jiàn)的殘酷考驗(yàn)。

事實(shí)上，我國(guó)雖未著陸火星，卻有類似的技術(shù)基礎(chǔ)。我國(guó)“神舟”系列飛船曾多次成功從太空返回地球，“嫦娥”系列探測(cè)器也曾多次實(shí)現(xiàn)月球軟著陸，這些都意味著我國(guó)已熟練掌握降落傘減速、動(dòng)力反推減速等技術(shù)。

但這些技術(shù)能不能照搬到火星著陸上來(lái)？答案是否定的。

主要是因?yàn)榛鹦谴髿猸h(huán)境的特殊性?；鹦怯幸粚酉”〉拇髿?，這使得火星著陸與登陸月球相比，不能僅僅采用動(dòng)力反推的方式，還需增加氣動(dòng)減速和傘系減速等環(huán)節(jié)，因而著陸控制更為復(fù)雜。而地球雖然也有大氣層，卻與火星不同。

根據(jù)目前掌握的資料，火星表面常有風(fēng)沙和塵暴，會(huì)對(duì)著陸火星產(chǎn)生致命干擾，但對(duì)其具體運(yùn)行規(guī)律卻知之甚少。

另一個(gè)難點(diǎn)在于，當(dāng)火星探測(cè)進(jìn)行到著陸這最為兇險(xiǎn)的一步時(shí)，探測(cè)器與地球卻是完全失聯(lián)的。火星探測(cè)器專家介紹，首先，探測(cè)器高速再入時(shí)，和稀薄大氣積壓產(chǎn)生沖擊波，形成等離子鞘層，導(dǎo)致通信中斷;其次，因?yàn)榛鸬鼐嚯x3.2億千米，無(wú)線電信號(hào)一來(lái)一回要35分鐘，著陸過(guò)程卻只有短短幾分鐘，人根本來(lái)不及干預(yù)。

2021年5月15日凌晨4時(shí)許，火星上空，“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器系統(tǒng)中的“兩兄弟”在做最后的告別——相伴295天后，環(huán)繞器和承載著“祝融號(hào)”火星車的著陸巡視器正式分離。

隨后，環(huán)繞器抬升了自己的軌道，迎來(lái)新的使命——為火星和地球之間架起通信橋梁。

此時(shí)，著陸巡視器獨(dú)自上路，它調(diào)整姿態(tài)，防熱大底朝前，沿著進(jìn)入火星大氣層的軌道滑行，瞄準(zhǔn)進(jìn)入火星大氣層的狹窄“走廊”。

三小時(shí)后，它進(jìn)入火星大氣，迎來(lái)整個(gè)火星探測(cè)任務(wù)的驚心動(dòng)魄時(shí)刻。生死考驗(yàn)后，它將代表中國(guó)完成首次著陸火星的壯舉。