天問一號著陸時，穿越火星大氣層

2021年5月15日10點13分，

天問一號成功在火星著陸。

相信千萬國人都看過天問一號（祝融）的著陸視頻。

其著陸的過程歷時9分多鐘，主要分為8個階段。由于已有眾多文章和視頻對相關(guān)內(nèi)容加以介紹，所以，前面的幾階段簡單帶過。

重點對空中懸停階段和探測器著陸的幾個階段加以敘述。

天問一號著陸幾大階段：

1.分離滑行階段。（天問一號的環(huán)繞倉和著陸倉分離，天問一號號開始火星著陸之旅）。

2.滑行減速階段。（是天問一號最主要的減速階段，這也是它著陸各階段中飛行距離和時間最長的階段。這個階段，天問一號會在火星大氣中飛行很長的距離，充分利用火星大氣進行減速）。

3. 降落傘開啟快速減速階段。

4. 減速火箭主動減速階段。

5. 懸停選擇階段。

6. 規(guī)避機動階段。

7. 緩速下降階段。

8. 減速火箭關(guān)機，探測器下跳，完成著陸，到達(dá)離地面。

天問一號減速傘打開

通過前面的各階段一系列減速，天問一號終于把速度從最初的4.9千米/秒（繞火星速度），減到0米/秒。且在離火星表面100米高度處懸停。此時，其光學(xué)成相系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)，快速對100米下的火星表面進行精準(zhǔn)測數(shù)，并由計算機分析，找出最理想的著陸地點。

其實，天問一號還遠(yuǎn)在離火星表面1500—2000米的高度時（防護罩剛剛拋開，減速火箭剛剛點火不久）就開始對火星表面進行測數(shù)和分析，且跟據(jù)計算機分析出的結(jié)果，進行飛行調(diào)整，向理想的著陸點靠近（在這之前的減速過程，都是被動減速過程，沒有主動姿態(tài)和位置調(diào)整功能，是沿預(yù)定的彈道軌道飛行的，它不會很精確。在主動減速階段，探測器才能較準(zhǔn)確調(diào)整位置，向預(yù)定著陸點靠近）。

天問一號主減速火箭會在火星表面吹起大量地表塵埃（圖片僅示意，真實場景，塵埃要大得多）

在到達(dá)離火星表面100米時，天問一號懸停，此尺它已接近理想著陸點，同時的對著陸點及附近探測更精細(xì)，它將在之前預(yù)選好的較大范圍內(nèi)，選出一個非常理想的著陸點。

此時，天問一號對火星地表看得非常清楚。它上面的雷達(dá)，微測距儀，不僅可以對選好的著陸區(qū)地表進行精確探測（如，平整度怎么樣，有沒有稍大的石塊等），而且可對著陸點地表下面數(shù)米的地質(zhì)狀況進行探測：如地表下面的地層實不實，密度多少，硬度多少，有沒有裂縫，有沒有地下空隙等等，雷達(dá)都可看得清請楚楚，而且電腦會在瞬間得出結(jié)果，并選定好準(zhǔn)確著陸地面。

也不一定是最平的那塊地方，就是理想著陸點。系統(tǒng)會綜合分析和對比，只有在地表平整度和地下數(shù)米的地質(zhì)狀況都合呼著陸要求的地方才能被選成著陸點。

若此時，探測器發(fā)現(xiàn)下面的地表不是理想著陸點，它會迅速水平機動到旁邊較的理想著陸點。

天問一號在高度100米處懸停，對火星表面進行精準(zhǔn)測量

一待選定著陸點，著陸器便迅速平移到選定的著陸點上空，之后繼續(xù)慢慢下降，下降到離地面一定高度，約幾米到10米的地方（大概），主發(fā)動機關(guān)機，祝融號將從10米高度跳下（大概）到火星表面，完成火星著陸。

這里會有4個問題：

1. 在解釋天問一號著陸時，一直強調(diào)，天問一號會在火星表面找塊平整的地方著陸，那到底多平才合乎要求呢。
2. 祝融號火星巡視車及配套設(shè)備有1300多斤重（一噸多重，其中，陸巡車—祝融號重240公斤），且全是鋼材等金屬類零件組成，此時必須從近數(shù)米的高度（無具體數(shù)據(jù)，有報導(dǎo)約是是7到10米，）的高處跳下去，相當(dāng)于一噸多重的機器設(shè)備，要從幾層樓高處丟下去，且地面是堅硬的巖石，能不損壞零部件嗎。

3. 著陸器到達(dá)離地表100米高度后，懸停，且再次選著陸地點。此時，如果發(fā)現(xiàn)之前選的地方不行怎么辦。

4. 為什么一定要在近7—10米（無具體數(shù)據(jù)）那么高跳下去。如果能下降到1—2米的高度再跳，這樣對設(shè)備不是更安全嗎。

首先，第1個問題：

現(xiàn)在還未見哪家媒體報道這方面的具體數(shù)據(jù)（美國的數(shù)次火星著陸，其著陸表面平整度要求也沒有具體數(shù)據(jù)公開（氣囊著陸除外））。按正常的項目的設(shè)計思維和步驟：天問一號著陸的平面的平整度要求是應(yīng)該是理論計算后，在地面經(jīng)過多次測試實驗后得出的一個范圍值。它不可能要求著陸面像公路或水泥地面那么平，只要能滿足著陸設(shè)備在數(shù)米高處投下來，能平穩(wěn)著陸即可。

第2個問題。

其實我國科學(xué)工作者，工程技術(shù)人員，不僅給天問一設(shè)計了減震氣囊，還設(shè)計了4條堅強的鐵腿。而且這4條金屬腿（可能是太合金的）不僅給天問一號提供巨大的緩沖和減震，而且，在緩沖后還穩(wěn)穩(wěn)地支撐天問一號。

為了這4條發(fā)系千斤的著陸腿，我國科研工作者還專門在地面建了個天問一號著陸實驗基地，在那里，天問一號和那4條金屬腿的結(jié)構(gòu)早已得到了足夠次數(shù)的成功的著陸驗證（在設(shè)定的重量，高度，地面硬度等條件下），之后才將其真正應(yīng)用到天問一號上面的。所以，天問一號一般不存在著陸時設(shè)備會摔壞的問題，也不會有設(shè)備丟到火星表面后會側(cè)翻，還打滾的問。

著陸火星后的祝融號和著陸器

再看第3個問題

其實，天問一號從2月份到達(dá)火星，就開始繞火運行。也就是說，從2月份起到5月份的3個月之間，天瑞一號對火星進行了大量的科學(xué)考察，拍照，地面測繪工作。

這期間一個最重要的工作之一就是為它在的5月著陸，選擇理想著陸平面。

天問一號上所攜帶的儀器是很先進的，它不僅能在遠(yuǎn)離火星表面數(shù)百公里高的地方，對火星地表進行測繪，而且能探測出地表下面較深土層的地質(zhì)情況。歷經(jīng)3個月的對火星繞行，不要說理想著陸點，就連整個火星的地表地貌都有較全面的測繪和記錄。所以，選好的著陸點，一般難有出錯機會的。

那么，既然在這三個月中已經(jīng)選擇好了理想的平面，為什么在著陸的過程中還要不斷的選擇平面，不斷對地面進行探測呢。

其實，降落過程中的地面探測，是個再確認(rèn)和精細(xì)化過程。

從常規(guī)程序來理解：天問一號著陸的地表面所需要的條件（如，表面硬度，地表下數(shù)米地質(zhì)情況，密度，硬度等等）這些，都是在地面上做過模擬實驗的。在地球上做模擬實驗時，已經(jīng)得出了天問一號著陸火星，其地表所需要的條件，數(shù)據(jù)，且記錄在天問一號計算機上。

到火星陸著時，天問一號會在降落過程連續(xù)對選定著陸區(qū)進行地表，地層的探測，同時，把數(shù)據(jù)和記算機上儲存數(shù)據(jù)對比，

選出綜合數(shù)據(jù)和儲存的數(shù)據(jù)最相乎合的地點，從而進一步降低著陸風(fēng)險。

?

這些說起來好像很多，其實，這些測試和優(yōu)選都是天問一號上面的計算機在瞬間完成的。

因為，從天問一號在降落過程中的拋開其前面防護罩開始，直到離地面100米的懸停，中間也只是百十秒的時間。就這這短短百十秒，它可能已完成無數(shù)次探測和對比優(yōu)選了。

到達(dá)離火星地表100米懸停時，著陸點早已確定了，只是再次比較和確認(rèn)。

所以，不存在此時會發(fā)現(xiàn)著陸點不行的問題。

?

第4個問題。

是因為：1. 如果離火星表面太近（只有1—2米或稍多），探測器的減速火箭的較大反沖氣流可能就會影響到探測器本身的空中姿態(tài)，因為反推火箭會受到來自火星表面反沖力的作用，變得不平衡或增加控制難度，探測器可能發(fā)生劇烈晃動，反而不利其平穩(wěn)著陸。

?

2. 如果探測器離離火星表面太近，其減速火箭的較強氣流會吹起大量火星表面塵埃，大量的火星塵埃，對保持探測器儀器的精密性和正常使用壽命不利。

3. 如果離火星表面太近距離才關(guān)閉減速火箭。因距離表面太近，減速火箭有可能會破壞選好的著陸點地表面。讓好不容易選好的最優(yōu)著陸點的著陸狀況變差，不利探測器平穩(wěn)著陸。

總之，飛船在地外天體的著陸，其最后階段，也是最關(guān)鍵的階段，是難度最大的階段。它是對一個國家的航天綜合能力考驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。像之前的2019年印度飛船登月失敗，2020年以色列飛船登月失敗等等，都是在最后階段跨不過去。

可見，飛船最后著陸是非常關(guān)鍵的。


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