天問一號著陸器成功降落火星，還帶去了祝融號火星車

三言財經

據中國青年報客戶端消息，記者從國家航天局獲悉，北京時間2021年5月15日上午8點20分左右，我國天問一號著陸器確認成功降落火星，著陸地點位於火星北半球的烏托邦平原，著陸器上搭載的是我國“祝融”號首輛火星車，這是我國首次實施火星著陸任務。

圖注：天問一號著陸器降落火星（藝術圖）。

天問一號火星探測器2020年7月23日發射升空，曆經200多天的飛行，於2021年2月10日成功進入火星軌道。在此後的這幾個月的時間裏，又經過多次軌道調整，對著陸區域進行了高分辨率成像，等待今天這個最佳時機實施著陸。

圖注：天問一號探測器由軌道器（環繞器）、著陸器和巡視器（火星車）組成。

著陸器搭載祝融號降落火星後，軌道器則繼續圍繞火星運行，一方面為著陸器和火星車提供中繼信號服務，另一方面繼續進行科學探測活動。

圖注：2021年3月16日，天問一號拍攝的火星南半球影像。

我國首輛火星車：祝融號

天問一號著陸器攜帶了我國祝融號首輛火星車。據官方說法，祝融是中國上古神話中的火神，火的應用促進了人類文明的發展，驅散黑暗、帶來溫暖。火也將照亮鴻蒙，指引人類不斷探索浩瀚星空，引領人類追逐光明。

圖注：祝融號火星車位於著陸器上方（藝術圖）。

圖注：祝融號火星車從著陸器上走下（藝術圖）。

祝融號火星車重約240公斤，幾乎是玉兔月球車重量的兩倍，這個重量介於NASA的機遇號火星車和好奇號火星車之間，預計能工作至少90個火星日。

祝融號火星車有四片太陽能板，六個車輪，兩個高聳的天線，看起來就像一只蝴蝶。六個車輪都能提供動力，還能像螃蟹那樣橫著走，更加靈活機動。

圖注：祝融號火星車在火星上（藝術圖）。

由於火星車采用的是太陽能動力，受火星上光照和溫度的限制，最佳的工作時間是在火星的中午前後，這時候陽光比較充足，能為其上搭載的科學儀器提供充足的電力。在白天陽光充足的時候，火星車還會把一部分電能儲存在蓄電池中，以備夜間使用。

除此之外，科學家還想到一種利用物質相變吸收太陽能的巧妙方法，在火星車頂部，有一個叫集熱窗的裝置，裏面裝有正十一烷。白天，溫度升高的時候，這種物質吸收熱量而熔化；夜間，溫度下降的時候，這種物質釋放熱量而凝固。利用這種方法，可保證火星車安全度過漫漫寒夜。

圖注：中國國家博物館展覽的祝融號火星車模型（喬輝拍攝）。

天問一號降落火星經過了哪些難關？

著陸器從離開軌道到著陸到火星表面的過程簡稱為EDL，是Entry Descent Landing的縮寫。

著陸器從分離到降落火星大約需要9分鐘左右的時間，在這9分鐘時間裏，速度要從4.8公里每秒降低零。

我們知道，火星是有大氣層存在的，表面氣壓大約是地球氣壓的1%，探測器進入地球大氣層後強烈壓縮其前面的空氣，造成溫度急劇升高，溫度可達2000度左右，也就是說，著陸器被一層高溫的等離子體包圍著。等離子體有一個特性，能夠屏蔽電磁波，這就造成了著陸器與地面控制人員無法進行通訊，這種情況可持續6到7分鐘，通常比喻為黑色恐怖的7分鐘。

圖注：正在穿越火星大氣層的天問一號著陸器（藝術圖）。

經過這一階段的氣動減速之後，著陸器的速度能夠降低90%，大約480米每秒，此時的高度大約10公里，然後減速傘打開，進一步降低著陸器的速度，與此同時，包裹著陸器的前端防熱罩脫離。

當速度下降到95米每秒的時候，大約相當於複興號高鐵的速度，此時降落傘拉著背罩脫離，著陸器處於裸露狀態，著陸器底部的7500牛變推力發動機開始點火，逐漸降低下降速度。同時維持姿態穩定。

在距離火星表面100米的地方，著陸器的速度降低到零，此時著陸器處於懸停狀態。與此同時，著陸器下方的相機開始拍攝著陸點精確圖像，自主選擇相對平坦的區域實施最終的著陸。

圖注：2019年11月14日，我國在河北省懷來縣試驗場模擬了天問一號著陸器在火星環境下的懸停、避障和緩速下降的過程。

確定最終的著陸點後，著陸器再緩緩下降，落地的速度僅剩3.6米每秒，這個最終速度采用著陸腿的緩沖機構來克服。

降落地點為什麼選擇在烏托邦平原？

烏托邦平原（Utopia Planitia）位於火星的北半球，是火星上的最大平原，大小約3300公里。為什麼選擇在這裏著陸呢？

圖注：烏托邦平原在火星上的位置和天問一號著陸地區。

一是因為工程風險低。由於該地區地勢平坦，隕石坑較少，地質年齡較輕，地殼較薄，對著陸器著陸和後續的科學探測非常有利。

二是因為科學價值高。人類登陸火星，其中一個非常重要的目的是尋找火星上的生命痕跡，科學家認為，在遠古火星，烏托邦平原很可能是海洋覆蓋的地區，天問一號著陸地點（東經110.318度，北緯24.748度）位於遠古海洋與陸地交界處。1972年，美國海盜二號著陸器也選擇在該地區著陸。

圖注：國家航天局3月3日發布的火星著陸區高分辨率圖。

2016年，美國宇航局宣布，在火星烏托邦平原地區，發現有一個巨大的地下冰體，估計含水量相當於蘇必利爾湖。

圖注：遠古火星可能存在過大面積的海洋。

天問一號的主要科學目標有哪些？

據官方透露，天問一號任務共有13種有效載荷。軌道器上的7台儀器包括兩台相機、火星軌道次表層探測雷達、火星礦物學光譜儀、火星磁力儀、火星離子和中性粒子分析儀、火星高能粒子分析儀。

祝融號火星車上的6台儀器包括多光譜相機、地形相機、火星次表層探測雷達、火星表面成分探測器、火星磁場探測器和火星氣象監測儀。

這些有效載荷要完成以下五大科學目標：（1）繪制火星形態和地質結構圖；（2）調查火星表面的土壤特征和水冰分布；（3）分析火星表面的物質組成；（4）測量電離層和火星地表氣候及環境特征；（5）探索火星的物理場（電磁場、引力場）和內部結構。

無形的風箏線：深空網

從地球飛到火星可不是一件容易的事情，火星探測器離開地球，在飛往火星的過程中需要精確測控。由於探測器的距離很遠，發出的信號隨著距離的增加而衰減，這就需要有強大的深空測控能力。

最著名的要數美國深空網（DNS），這是由美國噴氣推進實驗室管理的一個先進的測控網，是為了對執行月球、行星和行星際探測任務的航天器進行跟蹤、導航與通信而建立的地基全球分布測控網。

圖注：佳木斯深空站66米測控設備。

近年來，我國為了深空探測的需要，也建立了自己的深空網，嫦娥探月計劃的成功實施，深空測控網功不可沒。本次天問一號火星探測器，我們除了擁有推力強勁的長征五號運載火箭之外，還得益於擁有獨立的全球性深空網。

我們的深空通信綜合設施主要是喀什深空測控站、佳木斯深空測控站和位於阿根廷的深空測控站。為什麼要到阿根廷建設深空測控站？為了克服地球自轉影響，實現對深空航天器的連續跟蹤。

據悉，雖然佳木斯站和喀什站充分利用了我國地域上的東西縱深，經過驗證，其測控能力已可達到6400萬公里，但是這兩個深空測控站還不能實現全天24小時覆蓋，每天還會有8到10個小時的測控盲區，要保證連續的通信還得在南美洲建一個站點。

圖注：阿根廷深空站35米測控設備。

目前，我國的深空網已成為繼美國深空網、歐空局深空網之外，又一功能完備的全球性測控網。

除了這些專用的深空測控天線外，分布在國內的眾多射電望遠鏡也能幫助接受信號，為我國深空探測任務保駕護航。

圖注：位於天津武清的我國70米口徑的高性能信號接收天線系統。

值得注意的是，2021年2月3日，據央視新聞報道，位於天津武清的我國70米口徑的高性能信號接收天線系統完成驗收並投用，它是目前我國乃至亞洲最大的航天信號接收天線（非專用射電望遠鏡），這架天線首先用於天問一號探測器的信號接收工作。

火星表面有哪些最著名的探測器？

圖注：火星表面的探測器分布。

當前，最著名的火星探測器要數好奇號和毅力號火星車了，前者自從2012年著陸火星以來，一直穩定工作，靠放射性同位素發電機提供能量。後者於2021年2月19日成功登陸火星，還帶去了一架名叫“機智”號的直升機，目前工作狀態良好。

圖注：美國宇航局好奇號火星車（藝術圖）。

2004年著陸火星的勇氣號和機遇號火星車也是大名鼎鼎，兩輛火星車的設計壽命只有90天，但兩者都大大超期服役。其中，勇氣號運行到2010年，機遇號更是工作到2018年。

1976年著陸到火星的海盜一號和海盜二號著陸器也非常有名，這兩枚著陸器極大提高了人類對火星的認識。

2008年鳳凰號著陸器在火星的北極著陸，還首次探測到火星上的微量降雪。

2018年著陸火星的洞察號探測器目前正在通過監聽火星的星震和內部熱流來研究火星的整體結構。

圖注：前蘇聯的火星三號著陸器和小火星車（藝術圖）。

除了美國的這些著陸器或火星車，前蘇聯也數次嘗試登陸火星，其中只有1971年發射的火星三號著陸成功，火星三號還帶了一輛非常小的火星車，這是人類的探測器首次在火星成功著陸。但遺憾的是，火星三號著陸器只工作了20秒，火星車杳無音信，不確定是否部署成功。

圖注：火星勘測軌道飛行器（藝術圖）。

除了這些火星車和著陸器，在火星軌道上運行的著名軌道器有火星奧德賽、火星快車、火星勘測軌道飛行器（MRO）、曼加裏號、希望號以及咱們中國的天問一號軌道器等等。

人類探測火星的悲壯歷史

圖注：上圖是截至到2012年，人類共向火星發射的探測器的全家福。

迄今為止，人類已嘗試發射了47次火星探測。其中，美國22次，前蘇聯和俄羅斯共19次，日本1次，歐洲2次，印度1次，阿聯酋1次，中國1次。完全成功和部分成功共計26次。

其中，前蘇聯共嘗試發射17次火星探測器，成功和部分成功僅5次；美國向火星發射了23次探測器，其中成功了16次，失敗了7次；歐空局向火星發射了2次，成功了2次；俄羅斯向火星發射了2次，失敗了2次；日本向火星發射了1次，失敗了1次；印度向火星發射了1次，成功了1次；阿聯酋向火星發射了1次，成功了1次；中國向火星發射了1次，成功了1次。因此，火星有探測器墳場的稱呼。

隨著科技的進步，近些年火星探測器的成功率已經有了很大的提高。從進入21世紀以來，人類共向火星發射了15次探測器，其中只有1次完全失敗，2次部分失敗。

人類探測火星的重要意義是什麼？

火星是太陽系內與地球環境最接近的行星，有稀薄的大氣層，氣壓為地球的1%，局部最高溫度甚至可達35攝氏度，當然平均溫度還是比較低的，只有零下63攝氏度。此外，還封存有大量冷凍狀態的水。

圖注：毅力號拍攝的火星地貌。像不像地球上的戈壁？

因此，在未來，火星幾乎是唯一存在移民可能性的行星。另外，火星還可能存在像微生物這種低等生命的可能性。這些因素都是世界各國熱衷探索火星的重要原因。

來源：騰訊科技 作者：喬輝