5月15日，“天問(wèn)一號(hào)”著陸巡視器與環(huán)繞器實(shí)現(xiàn)分離，成功登陸火星。

天問(wèn)一號(hào)任務(wù)突破了第二宇宙速度發(fā)射、行星際飛行及測(cè)控通信、地外行星軟著陸等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次地外行星著陸，是中國(guó)航天事業(yè)發(fā)展中又一具有重大意義的里程碑?；鹦翘綔y(cè)風(fēng)險(xiǎn)高、難度大，探測(cè)任務(wù)面臨行星際空間環(huán)境、火星稀薄大氣、火面地形地貌等挑戰(zhàn)，同時(shí)受遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)時(shí)延的影響，著陸階段存在環(huán)境不確定、著陸程序復(fù)雜、地面無(wú)法干預(yù)等難點(diǎn)。

怎么在登陸火星時(shí)安全著陸？這是個(gè)值得好好聊聊的問(wèn)題。

圖源：中國(guó)航天科技集團(tuán)

探測(cè)器要想成功著陸火星需要在短短9分鐘時(shí)間內(nèi)將兩萬(wàn)多公里時(shí)速降為零，其間需要經(jīng)歷氣動(dòng)減速、降落傘減速、動(dòng)力減速、著陸緩沖等多個(gè)環(huán)節(jié)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)失誤都意味著登陸失敗。經(jīng)過(guò)一系列減速措施，“天問(wèn)一號(hào)”來(lái)到距離火星表面約2公里處，以約100米/秒的速度不斷接近火星表面。這個(gè)速度相當(dāng)于目前我國(guó)高鐵的最高運(yùn)行時(shí)速。

由航天科技集團(tuán)第六研究院研制的7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)就是最后動(dòng)力減速環(huán)節(jié)的主要工具。

“天問(wèn)一號(hào)”采用的是由液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供反推力的方式來(lái)實(shí)施最后的減速，此方法已在嫦娥三、四、五號(hào)探測(cè)器落月過(guò)程中連續(xù)三次成功實(shí)施，火星著陸巡視器7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)正是落月用變推力發(fā)動(dòng)機(jī)的2.0版——為了滿足火星探測(cè)器安裝結(jié)構(gòu)要求和減重需求，并提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能，研制團(tuán)隊(duì)首次在我國(guó)開(kāi)展深空探測(cè)的航天器上將推進(jìn)分系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室從以往的低室壓方案改進(jìn)為中室壓方案，從而保證了相同推力情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)體積更小、性能更高。加上不斷創(chuàng)新和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，有效實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)分系統(tǒng)的輕質(zhì)化需求。

之所以從1.0升級(jí)到2.0，是因?yàn)榛鹦潜砻孳浿懙碾y度升級(jí)了。

首先，火星實(shí)在太遠(yuǎn)了。月球與地球的平均距離為38萬(wàn)千米，而火星與地球的距離在5000萬(wàn)至4億千米左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)地月距離。在地球上，最多0.13秒能實(shí)現(xiàn)任意兩點(diǎn)通訊，地月之間需要2.5秒，但當(dāng)“天問(wèn)一號(hào)”需要在火星著陸時(shí)，火星與地球的距離為3億千米，完成一次通訊需要30分鐘。也就是說(shuō)，信號(hào)還沒(méi)跑到地球，探測(cè)器已經(jīng)“收工”了。對(duì)于身在遙遠(yuǎn)異鄉(xiāng)的小家伙，這一段路得自己操心，每一次推力的變化必須非常迅速、精準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要很“聽(tīng)話”。

會(huì)不會(huì)頻繁猛踩剎車，是我們?cè)u(píng)判一個(gè)司機(jī)駕駛技術(shù)好壞的重要指標(biāo)之一。同樣，為了減少降落過(guò)程中對(duì)著陸巡視器的沖擊，將“乘客”平穩(wěn)送達(dá)，發(fā)動(dòng)機(jī)采用了“長(zhǎng)距離輕剎車”的技術(shù)。在降落過(guò)程中，雷達(dá)等探測(cè)設(shè)備會(huì)像眼睛一樣盯著火星地面，測(cè)量巡視器距離地面高度等參數(shù)，這些參數(shù)進(jìn)入GNC系統(tǒng)，由這個(gè)睿智的“大腦”計(jì)算出對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力要求。發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)按照預(yù)設(shè)的時(shí)序和實(shí)時(shí)的指令完成變推力調(diào)節(jié)，讓著陸巡視器慢下來(lái)，最后以很低的速度穩(wěn)穩(wěn)落在火星表面。

火星表面軟著陸的另一個(gè)難點(diǎn)在于，月球表面近似真空，而火星表面有一層稀薄的大氣。在降落過(guò)程中，著陸器與火星表面的大氣會(huì)劇烈摩擦，為了防止被“燒糊”，著陸器上增加了一個(gè)防熱大底，原本可以“伸出去”的發(fā)動(dòng)機(jī)被“兜起來(lái)”了。有限的艙體空間限制著發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器變推力發(fā)動(dòng)機(jī)的高度比“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器變推力發(fā)動(dòng)機(jī)要縮小超60%，推力等主要性能指標(biāo)卻保持不變，“小個(gè)子”要爆發(fā)出“大能量”，這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)必須更結(jié)實(shí)。

去一趟火星不容易，但“天問(wèn)一號(hào)”能攜帶“乘客”的總重量卻是有限的。科研人員從發(fā)動(dòng)機(jī)的原理入手，按照任務(wù)的需求和特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和總裝布局進(jìn)行了優(yōu)化，既保證了功能，又增加了一些新技術(shù)，應(yīng)用了一些新材料，發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有“長(zhǎng)肉”“增肌”，重量還減少了2/3，為其他“乘客”讓了讓“座”，進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)了變推力發(fā)動(dòng)機(jī)高性能、長(zhǎng)壽命、高可靠的特點(diǎn)，一舉解決了上述問(wèn)題。

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)、新聞聯(lián)播