北京時(shí)間2021年2月19日，美國(guó)的第五臺(tái)火星車(chē)毅力號(hào)抵達(dá)火星，直接登陸，于4時(shí)55分成功降落在杰澤羅隕石坑。

“毅力號(hào)”火星探測(cè)器在杰澤羅隕石坑著陸后，傳回的第一張火星地表照片。圖片來(lái)源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

許多人此時(shí)想到的卻是我國(guó)天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器。它于2月10日進(jìn)入環(huán)火軌道，將圍繞火星飛行3個(gè)月左右，計(jì)劃于2021年5月至6月?lián)駲C(jī)實(shí)施火星著陸。

2臺(tái)探測(cè)器從地球飛到火星所用的時(shí)間幾乎一樣，為何在降落環(huán)節(jié)區(qū)別這么大？

全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專(zhuān)家龐之浩向科技日?qǐng)?bào)記者表示，中美火星探測(cè)的任務(wù)目標(biāo)和技術(shù)方案均不相同。毅力號(hào)的任務(wù)目標(biāo)是尋找生命，而且美國(guó)通過(guò)此前的探測(cè)，對(duì)著陸點(diǎn)比較熟悉，因此他們選擇“直奔主題”。我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)則是將“繞、落、巡”三步并作一步，在環(huán)繞過(guò)程中對(duì)著陸區(qū)進(jìn)行詳細(xì)勘測(cè)。

天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器火星捕獲過(guò)程影像（定向天線(xiàn)監(jiān)視相機(jī)畫(huà)面）。

中國(guó)航天科工集團(tuán)二院研究員楊宇光認(rèn)為，從技術(shù)角度來(lái)講，毅力號(hào)所用著陸方案難度更大。

19日凌晨，毅力號(hào)探測(cè)器到達(dá)火星后與巡航平臺(tái)分離，以每秒5.3公里的相對(duì)速度進(jìn)入火星大氣，在距離火星表面11公里高度打開(kāi)超音速降落傘。降至2公里高度時(shí)，探測(cè)器拋掉降落傘，改用“空中吊車(chē)”方式，利用發(fā)動(dòng)機(jī)反推減緩降落速度。距離地面20米時(shí)，探測(cè)器下落速度降至每小時(shí)2.5公里，火星車(chē)被一根7.6米長(zhǎng)的繩索懸吊下來(lái)。4點(diǎn)55分，毅力號(hào)火星車(chē)安全著陸，整個(gè)降落過(guò)程約為17分鐘。

楊宇光表示，這一技術(shù)方案與美國(guó)此前發(fā)射的好奇號(hào)火星車(chē)類(lèi)似，有好處，也帶來(lái)許多困難和挑戰(zhàn)。

毅力號(hào)探測(cè)器總重超過(guò)4噸，相比重約5噸的天問(wèn)一號(hào)要輕一些。不過(guò)，天問(wèn)一號(hào)的總質(zhì)量中，有大約一半是燃料。楊宇光介紹說(shuō)，天問(wèn)一號(hào)在實(shí)施近火制動(dòng)過(guò)程中，消耗了將近1噸燃料，將速度降低了大約每秒1公里。而毅力號(hào)是直接進(jìn)入火星大氣，利用大氣摩擦阻力進(jìn)行減速，這樣可以節(jié)省大量燃料。

“毅力號(hào)”火星探測(cè)器安全降落在火星上。圖片來(lái)源：NASA

因此，毅力號(hào)火星車(chē)可以設(shè)計(jì)得又大又復(fù)雜，其重達(dá)1043公斤，超過(guò)好奇號(hào)火星車(chē)成為世界最大的行星漫游車(chē)。而天問(wèn)一號(hào)除去推進(jìn)劑的重量以后，環(huán)繞器大約重1.2噸，著陸器、火星車(chē)加起來(lái)重約1.3噸，其中火星車(chē)的重量約為240公斤。

要滿(mǎn)足直接降落方案的需求，對(duì)軌道要求極高。楊宇光說(shuō)，當(dāng)毅力號(hào)飛到火星時(shí)，所在位置必須剛好在目標(biāo)落點(diǎn)的前進(jìn)方向上，才能保證它進(jìn)入火星大氣后，能按照規(guī)劃的彈道準(zhǔn)確落在杰澤羅隕石坑。這要求它在整個(gè)飛往火星過(guò)程的軌道都非常精密。

而天問(wèn)一號(hào)在環(huán)繞火星過(guò)程中，則可以更從容地調(diào)整軌道，為降落做準(zhǔn)備。

我國(guó)首輛火星車(chē)。圖片來(lái)源：新聞聯(lián)播

龐之浩認(rèn)為，美國(guó)采用直接降落方案的一個(gè)重要前提，是他們對(duì)著陸點(diǎn)十分熟悉。他介紹說(shuō)，美國(guó)為選擇此次任務(wù)的著陸點(diǎn)花費(fèi)了幾年時(shí)間，通過(guò)火星勘測(cè)軌道飛行器、奧德賽號(hào)以及馬文號(hào)火星探測(cè)器進(jìn)行了詳細(xì)的勘察。而我國(guó)是首次實(shí)施火星探測(cè)任務(wù)，對(duì)著陸區(qū)需要進(jìn)一步了解，因而需要在環(huán)繞過(guò)程中進(jìn)行詳細(xì)勘察。

此外，毅力號(hào)在降落過(guò)程中采用的“空中吊車(chē)”方式，也與天問(wèn)一號(hào)計(jì)劃采用的“降落傘+反推發(fā)動(dòng)機(jī)”方式不同。龐之浩表示，這是美國(guó)繼好奇號(hào)之后第二次采用“空中吊車(chē)”方式登陸火星，該技術(shù)的先進(jìn)性和復(fù)雜程度極高，但能滿(mǎn)足著陸質(zhì)量較大的任務(wù)需求。

楊宇光說(shuō)，“空中吊車(chē)”從本質(zhì)上還是采用反推發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。不過(guò)天問(wèn)一號(hào)以及美國(guó)早期火星車(chē)如洞察號(hào)、鳳凰號(hào)等，反推發(fā)動(dòng)機(jī)在探測(cè)器下方，“空中吊車(chē)”方式則是火星車(chē)在下方，反推發(fā)動(dòng)機(jī)從上面牽引。他表示，該技術(shù)具備2個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是可以避免因發(fā)動(dòng)機(jī)推力過(guò)大濺起火星表面的塵土，對(duì)探測(cè)器造成影響；二是將懸吊著的火星車(chē)“放”到地面，對(duì)落點(diǎn)的平整度和坡度要求不高。

但天問(wèn)一號(hào)的著陸方式，對(duì)地面平整度要求很高。因此它將沿用我國(guó)探月工程中“嫦娥”落月所用的懸停避障技術(shù)，確保落在比較平坦的地方。

龐之浩介紹說(shuō)，毅力號(hào)是在好奇號(hào)基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，繼承了好奇號(hào)的一些重要技術(shù)，如核動(dòng)力電源、“空中吊車(chē)”等。同時(shí)它也采用了一些新技術(shù)。例如在著陸過(guò)程中使用的“距離觸發(fā)裝置”技術(shù)，能幫助它在合適的時(shí)機(jī)釋放降落傘，提高著陸精度；“地形相對(duì)導(dǎo)航”技術(shù)則是將實(shí)現(xiàn)拍攝的著陸區(qū)地圖存在電腦里，并標(biāo)出危險(xiǎn)位置，毅力號(hào)降落時(shí)將“所見(jiàn)”地形與地圖對(duì)照，避開(kāi)有風(fēng)險(xiǎn)的地方。

◎ 科技日?qǐng)?bào)記者 付毅飛

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)編輯：張爽

審核：王小龍

終審：冷文生