“天問一號”火星著陸記

北京時間5月15日，我國首次火星探測任務“天問一號”探測器成功在火星預選著陸區烏托邦平原南部降落，實現“繞、著、巡”目標的第二步，即將開展第三步巡視探測。

 

自2020年7月23日成功發射以來，“天問一號”已累計飛行296天。在奔赴火星到成功降落的征途中，“天問一號”需要經過：發射段、地火轉移段、火星捕獲段、火星停泊段、離軌著陸段和科學探測段六個飛行階段

 

其中，離軌著陸是火星探測任務成敗的關鍵。探測器從火星大氣層穿越一直到著陸，會經歷一段“恐怖7分鐘”。世界上現有的40多次火星探測任務中，飛行器能夠安全度過這“7分鐘”的僅有9次。

 

那麼，在這決定成敗的“7分鐘”裏，“天問一號”經歷了怎樣的著陸過程呢？

 

分離滑行段

 

 

天問一號探測器由環繞器和著陸巡視器組成。因此，登陸火星前需要首先完成著陸巡視器與環繞器的分離。

 

攻角配平 升力控制段

 

 

 

這一階段，主要是整個著陸巡視器調節至姿態穩定的過程，關鍵的一步就是解決“進得穩”的問題。此時，進入角θ的設置就尤為重要，如果進入角過大，著陸巡視器“一頭扎進”火星大氣層中，會在進入過程中被燒壞；如果進入角過小，著陸巡視器將會“躍出”火星大氣層，導致無法成功進入。解決“進得穩”的問題，就要靠著陸巡視器的攻角η設計，將著陸器的質心配置在偏離縱軸的位置上，使其“不穩”，待著陸器進入大氣層後，氣動力矩會逐漸改變它的姿態，最終，運動方向、質心、壓心處於一條直線，著陸器便可維持相對穩定的姿態，“抬頭前進”。這個“抬頭”角度就是配平攻角。

 

傘降控制段

 

 

接下來，著陸巡視器需要立刻打開自己的減速傘，直到速度降至每秒不到一百米時，其帶的變推力發動機會準時開機，進入動力下降段。

 

動力減速段

 

 

 

著陸器同背罩分離。同時，發動機點火，著陸緩衝機構展開。大概飛行到距離火星表面1.1公里，拋掉降落傘，速度降到95米/秒。著落器反推發動機，最大反推力達到7500牛，速度降低到1.5米/秒。

 

懸停成像段

 

 

速度降低後，發動機推力調整，使著陸器在高度100米時速度處於垂直速度0米/秒，達到懸停狀態。位於著陸器下方的對地相機開始進行火星地面圖像拍攝，並通過系統自主分析選擇相對平整的著陸點。

 

避障機動段

 

 

調整著陸器根據地面情況水準移動，尋找最安全的降落地點。

 

緩速下降段

 

 

發動機推進著陸平臺緩緩下降。

 

觸地 主發動機關機

 

 

在高度2至4米時，反推發動機關機。著陸器的四個著陸腿伸出，通過著陸腿的顫動達到緩衝效果，抵消剩餘的動能，著陸器得以安全著陸于火星烏托邦平原。

 

你好，火星！在“天問一號”闖過火星征程中最關鍵的難關“恐怖7分鐘”後，讓我們共同期待更多來自“祝融”號火星車在第三步“巡”階段的工作。

 

（圖片來源：航天科技集團五院）