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

 

　　許多人此時(shí)想到的卻是我國天問一號火星探測器。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。

 

　　美國“毅力號”登陸火星，它與天問一號區(qū)別在哪？

 

　　1、中美火星探測的任務(wù)目標(biāo)和技術(shù)方案均不相同。

 

　　毅力號的任務(wù)目標(biāo)是尋找生命，而且美國通過此前的探測，對著陸點(diǎn)比較熟悉，因此他們選擇“直奔主題”。我國首次火星探測任務(wù)則是將“繞、落、巡”三步并作一步，在環(huán)繞過程中對著陸區(qū)進(jìn)行詳細(xì)勘測。

 

　　2、毅力號所用著陸方案難度更大。

 

　　登陸火星共有幾種方式？無論是火星著陸器（不能移動的）還是火星車（能移動的），都需要闖三關(guān)：NASA JPL火星任務(wù)團(tuán)隊(duì)熟稱EDL（進(jìn)入、下降、著陸），這個(gè)過程需要經(jīng)歷空氣動力減速、降落傘減速、反推動力減速，直至最后一關(guān)軟著陸。要想實(shí)現(xiàn)軟著陸，勇闖最后一關(guān)共有三種模式：

 

　�、僦行⌒吞綔y器——安全氣囊法

 

　　采用反推火箭助力減速，安全氣囊包裹彈跳軟著陸模式，讓探測器從時(shí)速160公里降至?xí)r速48公里彈性撞沖火星表面，即使撞到尖銳的巖石上也沒事。這種被稱為Vectran高強(qiáng)力聚芳酯纖維具有高強(qiáng)度、高彈性特點(diǎn)，強(qiáng)度是芳綸的兩倍，足以經(jīng)受住數(shù)次撞擊、反彈減緩、直至靜止，最終一次性放氣。這種著陸方式很適合不足200公斤的火星車，比如勇氣號、機(jī)遇號。如果單純采用反推火箭進(jìn)行動力減速，很難控制質(zhì)量很輕的探測器姿態(tài)，很容易傾覆，器毀車亡。

 

　　②大型探測器——著陸支腿法

 

　　采用反推火箭減速+著陸器支撐模式，從時(shí)速160公里降至?xí)r速10公里以下，逐步減速直至最終軟著陸。這種著陸方式適合于幾百公斤的著陸器/火星車，比如海盜1/2號著陸器、洞察號著陸器。天問一號著陸器也將這種模式挑戰(zhàn)軟著陸，稍后不同的是，除了反推動力減速，還特別增加兩次懸停操作，逐步降低著陸風(fēng)險(xiǎn)。這種穩(wěn)健方法得益于嫦娥三、四、五號成功落月的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

 

　　③重型探測器——空中吊車法

 

　　采用反推火箭減速+空中吊車懸停投放火星車模式。從時(shí)速160公里降至每秒0.75米的著陸速度，一旦火星車觸地軟著陸，立即切斷繩索，空中吊車飛離。

 

　　毅力號在降落過程中采用的“空中吊車”方式，也與天問一號計(jì)劃采用的“降落傘+反推發(fā)動機(jī)”方式不同。這是美國繼好奇號之后第二次采用“空中吊車”方式登陸火星，該技術(shù)的先進(jìn)性和復(fù)雜程度極高，但能滿足著陸質(zhì)量較大的任務(wù)需求。

 

　　“空中吊車”從本質(zhì)上還是采用反推發(fā)動機(jī)技術(shù)。不過天問一號以及美國早期火星車如洞察號、鳳凰號等，反推發(fā)動機(jī)在探測器下方，“空中吊車”方式則是火星車在下方，反推發(fā)動機(jī)從上面牽引。該技術(shù)具備2個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是可以避免因發(fā)動機(jī)推力過大濺起火星表面的塵土，對探測器造成影響；二是將懸吊著的火星車“放”到地面，對落點(diǎn)的平整度和坡度要求不高。

 

　　但天問一號的著陸方式，對地面平整度要求很高。因此它將沿用我國探月工程中“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。

 

　　資料來源：科技日報(bào)、三體引力波