天问一号，“牛”！

季海

2021年5月15日，火星迎来了一位来自地球的新访客——中国天问一号探测器。在经历7个月的长途跋涉和3个月的环绕火星飞行后，天问一号十分漂亮地降落在火星表面。5月23日，祝融号火星车从天问一号着陆器驶出，正式“踏”上了火星的土地。我国成为全球首个一次探测火星就实现“绕、落、巡”的国家，也是继美国后第二个在火星上“开车巡视”的国家，引发了国际航天界和全球媒体的广泛关注。

盘点人类的火星探测史，天问一号取得的成绩有多牛？就让我们来了解一下吧！

独门利器——长征五号运载火箭

首先我们要说一说，为什么天问一号能一次实现“绕、落、巡”任务？这是因为天问一号拥有独门利器！

2020年7月23日12时41分，天问一号乘坐长征五号运载火箭，从海南文昌航天发射场顺利升空，直奔火星。天问一号由环绕器、着陆器和巡视器组成，总重量达到5吨左右，是迄今为止人类向火星发射的重量最大的探测器。

与此对应，美国毅力号火星探测器由大力神四号运载火箭发射，重量为3.65吨，只要完成“落”与“巡”就可以了。美国有火星在轨卫星，所以“绕”这一步不需要了。

2016年，由俄罗斯质子-M火箭发射的欧空局卫星TGO，发射重量为3.76吨，完成的是“绕”与“落”的任务，只有固定位置的着陆器，没有火星车。最后“绕”成功了，但是“落”失败了。

正是因为我国有了远超美欧对手的发射能力，天问一号才能一飞冲天，将“绕、落、巡”任务三合一。大推力的长征五号运载火箭，是天问一号任务成功的前提。

软着陆三步走

地球的探测器要想在火星降落，技术难度非常大。在这之前，先后有苏联（俄罗斯）、美国、日本、印度等国家向火星发射探测器，成功率不到50%。真正能够做到在火星成功着陆的，只有美国一家。

在着陆方式上，天问一号采取了软着陆，总体分为三步：大气制动、降落伞减速、反推火箭减速。

第一步 利用自身的气动外形进入火星大气层摩擦减速，使速度降低80%左右;

第二步 在速度降到小于每秒100米时，打开减速降落伞增大阻力，进一步降低速度;

第三步 天问一号打开姿态控制和变推力发动机进行减速，最后稳稳降落在火星表面。

这三个步骤看起来轻松简单，但实际上难度极高。天问一号整个着陆过程大概在9分钟左右，在此期间，天问一号的速度将从每秒4.9公里降低到0，这对着陆器的结构强度和隔热性能是一个巨大的考验;并且，火星到地球的距离有5500万公里，这么远的距离，通信时长多达18分钟，这意味着从地球给天问一号下达一个指令，它要在18分钟后才能收到，所以天问一号在着陆时要能够进行自我判断、自我控制。

为了配合天问一号执行任务，我国在天津武清建造了70米口径的大型天线，于今年2月完工，赶在天问一号到达火星之时投入使用。放眼全球，拥有70米口径天线的国家只有三个——美、俄、中。

小翅膀有大学问

天问一号在进入火星大气层时，采用了我国在高超音速滑翔领域取得的研究成果——配平翼技术，即在天问一号侧面装上小翅膀，让它在火星大气层中以较长的时间进行滑翔，从而获得更多的气动减速，同时还能更精准地控制落点。在这之前，我国探月工程的嫦娥五号返回舱也采用了这项绝技。

配平翼使得天问一号能够在火星大气层中多滑翔大约30秒，降低了祝融号火星车承受的过载压力，可谓好处多多。在未来的火星取样返回及载人登火任务中，配平翼技术还会大显身手。

值得一提的是，这种配平翼技术属于我国首创，迄今没有其他国家能够有效运用。

全身都是高科技

天问一号在着陆过程中，用到了不少高科技。

当天问一号进入火星大气层后，降落伞就会打开。这降落伞可不是一般的降落伞，它有个专有名词，叫作“超音速降落伞”。这是人类第二次使用超音速降落伞登陆火星，第一次是美国在今年2月降落火星的毅力号任务中使用。如果按照到达火星轨道的时间来算，天问一号的超音速降落伞是世界上第一个到达火星轨道的“超音速降落伞”，因为天问一号入轨火星时间比毅力号早了8天。

之所以在登陆火星时使用超音速降落傘，是因为火星大气过于稀薄，不到地球大气层密度的1%，因此纯靠火星大气制动效果不理想。如果能在超音速阶段就打开降落伞，有利于延长减速时间，为后续反推火箭的启动做好准备。

然而，超音速开伞必定对降落伞的承受能力提出了很高的要求。美国在毅力号之前所有的“登火”任务，使用的都是亚音速降落伞，在毅力号上才第一次使用了超音速降落伞。这就是说，在超音速降落伞技术环节，中美打了个平手。

在最后的下降阶段，天问一号着陆器使用了12台姿态控制发动机和1台变推力发动机进行减速，协调配合十分完美。相比之下，美国毅力号降落时采用天车设计，天车上只有8台两两一组的小型变推力发动机，采用有一定交叉角倾斜布置的方式，复杂程度比天问一号低了不少。

天问一号着陆器在最后阶段的智能识别技术也是亮点，它使用了微型相控阵雷达和激光三维雷达实现凝视识别，技术水平在世界上是最高的。

小巧精干的火星车

在天问一号成功着陆火星后，剩下的任务就交给祝融号火星车了。祝融号火星车好似蝴蝶一样，它有1.85米高、240公斤重，别看体型并不是特别大，但却是一个本领强大的多面手，将在未来承担巡视和考察火星地表的任务。

祝融号对标的是美国勇气号、机遇号这对双胞胎火星车，它们都使用太阳能电池板供电，大小也相近，分别是240公斤（祝融号）对185公斤（勇气号、机遇号）。

未来祝融号的一大看点，是和美国的勇气号、机遇号比谁的“命”长，不过，可能要再过好多年才能比出结果。勇气号在火星上工作了8年，最后陷到一个坑里出不来，只能结束自己的使命;而机遇号则工作了长达15年，最后由于沙尘暴吹起的尘埃遮盖了太阳能电池板，电力告罄而无法苏醒。祝融号在这两方面都做了优化，以避免类似事件发生。

祝融号火星车还有一个独特本领，它的每个轮子都能独立转向，如果一个轮子被卡住了，可以通过横向运动摆脱。祝融号甚至可以利用自己的悬挂系统，把整个车身抬起来——先将前面的轮子卡住不动，然后通过悬挂系统改变前后轮的间距，让轮子以“蠕动”的方式前进，就算轮子打滑都不怕。

为解决灰尘覆盖太阳能电池板的问题，祝融号的太阳能电池板有一项很特别的设计：电池板表面膜结构使得灰尘很难附着在电池板上。更特别的是，祝融号的太阳能电池板不仅能展开，还能合起来。通过让太阳能电池板立起来，可以抖掉上面的灰尘，避免机遇号悲剧事件的发生。相比之下，美国的勇气号、机遇号太阳能电池板展开之后就卡死了，是不能再翻转回去的。

作为我国首个火星探测器，天问一号在很多方面做到了世界领先。这代表了我国的火星探测能力和科技实力的巨大进步，也代表了中国人对火星的向往与追求。让我们一起祝福天问，祝福祝融，愿日后的火星探测任务一切顺利！