“天問一號”火星著陸記

北京時間5月15日，我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器成功在火星預(yù)選著陸區(qū)烏托邦平原南部降落，實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”目標(biāo)的第二步，即將開展第三步巡視探測。

 

自2020年7月23日成功發(fā)射以來，“天問一號”已累計飛行296天。在奔赴火星到成功降落的征途中，“天問一號”需要經(jīng)過：發(fā)射段、地火轉(zhuǎn)移段、火星捕獲段、火星停泊段、離軌著陸段和科學(xué)探測段六個飛行階段

 

其中，離軌著陸是火星探測任務(wù)成敗的關(guān)鍵。探測器從火星大氣層穿越一直到著陸，會經(jīng)歷一段“恐怖7分鐘”。世界上現(xiàn)有的40多次火星探測任務(wù)中，飛行器能夠安全度過這“7分鐘”的僅有9次。

 

那么，在這決定成敗的“7分鐘”里，“天問一號”經(jīng)歷了怎樣的著陸過程呢？

 

分離滑行段

 

 

天問一號探測器由環(huán)繞器和著陸巡視器組成。因此，登陸火星前需要首先完成著陸巡視器與環(huán)繞器的分離。

 

攻角配平 升力控制段

 

 

 

這一階段，主要是整個著陸巡視器調(diào)節(jié)至姿態(tài)穩(wěn)定的過程，關(guān)鍵的一步就是解決“進(jìn)得穩(wěn)”的問題。此時，進(jìn)入角θ的設(shè)置就尤為重要，如果進(jìn)入角過大，著陸巡視器“一頭扎進(jìn)”火星大氣層中，會在進(jìn)入過程中被燒壞；如果進(jìn)入角過小，著陸巡視器將會“躍出”火星大氣層，導(dǎo)致無法成功進(jìn)入。解決“進(jìn)得穩(wěn)”的問題，就要靠著陸巡視器的攻角η設(shè)計，將著陸器的質(zhì)心配置在偏離縱軸的位置上，使其“不穩(wěn)”，待著陸器進(jìn)入大氣層后，氣動力矩會逐漸改變它的姿態(tài)，最終，運(yùn)動方向、質(zhì)心、壓心處于一條直線，著陸器便可維持相對穩(wěn)定的姿態(tài)，“抬頭前進(jìn)”。這個“抬頭”角度就是配平攻角。

 

傘降控制段

 

 

接下來，著陸巡視器需要立刻打開自己的減速傘，直到速度降至每秒不到一百米時，其帶的變推力發(fā)動機(jī)會準(zhǔn)時開機(jī)，進(jìn)入動力下降段。

 

動力減速段

 

 

 

著陸器同背罩分離。同時，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，著陸緩沖機(jī)構(gòu)展開。大概飛行到距離火星表面1.1公里，拋掉降落傘，速度降到95米/秒。著落器反推發(fā)動機(jī)，最大反推力達(dá)到7500牛，速度降低到1.5米/秒。

 

懸停成像段

 

 

速度降低后，發(fā)動機(jī)推力調(diào)整，使著陸器在高度100米時速度處于垂直速度0米/秒，達(dá)到懸停狀態(tài)。位于著陸器下方的對地相機(jī)開始進(jìn)行火星地面圖像拍攝，并通過系統(tǒng)自主分析選擇相對平整的著陸點(diǎn)。

 

避障機(jī)動段

 

 

調(diào)整著陸器根據(jù)地面情況水平移動，尋找最安全的降落地點(diǎn)。

 

緩速下降段

 

 

發(fā)動機(jī)推進(jìn)著陸平臺緩緩下降。

 

觸地 主發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)

 

 

在高度2至4米時，反推發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)。著陸器的四個著陸腿伸出，通過著陸腿的顫動達(dá)到緩沖效果，抵消剩余的動能，著陸器得以安全著陸于火星烏托邦平原。

 

你好，火星！在“天問一號”闖過火星征程中最關(guān)鍵的難關(guān)“恐怖7分鐘”后，讓我們共同期待更多來自“祝融”號火星車在第三步“巡”階段的工作。

 

（圖片來源：航天科技集團(tuán)五院）