天问一号着陆的“惊魂九分钟”
据新华社消息，5月15日，天问一号探测器的着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。
中国航天器首次奔赴火星，就“毫发未损”地顺利出现在遥远的红色星球上，完成了人类航天史上的一次壮举，实现了我国首次地外行星着陆。
着陆后，“祝融号”火星车成功传回了遥测信号。
凌晨1时许，天问一号探测器在停泊轨道实施降轨，机动至火星进入轨道。
4时许，着陆巡视器与环绕器分离。历经约3小时飞行后，进入火星大气，经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲，成功软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。
从进入火星大气到着陆火星表面是整个火星着陆过程中最为惊险的时刻。我国天问一号任务火星着陆分为气动减速、伞系减速、动力减速、悬停避障与缓速下降四个阶段，历时“惊魂九分钟”。
两器分离约30分钟后，环绕器进行升轨，返回停泊轨道，为着陆巡视器的后续探测任务提供中继通信，搭建起地球和火星之间的通信桥梁。
后续，“祝融号”火星车将依次对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。
天问一号探测器于今年2月24日成功进入周期为2个火星日的火星停泊轨道，随后对火星开展了全球遥感探测，并对预选着陆区进行详查，探测分析了火星的地形地貌、沙尘天气等，为着陆火星做了充分的准备。
我国首次火星探测任务—天问一号任务于2016年正式批复立项，计划通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视探测。
天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成，于2020年7月23日由长征五号运载火箭成功发射，至今已飞行295天，距离地球约3.2亿千米。
天问一号任务突破了第二宇宙速度发射、行星际飞行和测控通信、地外行星软着陆等关键技术，是我国航天事业发展史上又一具有重大意义的里程碑事件。
星际“专车”助“天问一号”着陆火星
5月15日，火星探测器“天问一号”成功着陆火星。“天问一号”包括环绕器和着陆巡视器两部分，两器分离后，环绕器需要迅速抬升轨道，而着陆巡视器则进入火星大气层。
这个分离前后的控制需要7个小时，环绕器作为搭载着陆巡视器的星际“专车”，需要按顺序完成轨道降低发动机点火和关机、两器分离姿态建立、两器分离后轨道升高发动机点火和关机等一系列动作，而这些太空芭蕾般的优美“舞姿”，需要环绕器自主、准确、可靠地完成。
稍有不慎，探测器就可能被拉向火星表面
“这是一系列很关键的姿态和轨道机动，稍有不慎，探测器就可能被火星引力拉向火星表面，而由于通讯时延的存在，我们没有办法实时获知探测器的状态并对异常情况进行干预。”环绕器副总设计师朱庆华说。
他称，“器器分离的过程，是我们控制算法精度、产品工作可靠性、故障预案周密性等的最充分考验。”
分离时环绕器的轨道控制精度和姿态控制精度是着陆巡视器能否进入预定着陆区的前提。这些需要依赖于敏感器、执行机构、计算机以及算法的准确性，可以说是对探测器GNC系统的一次“大考”。实际过程中，探测器需要自主进行测量计算并作出判断，每个环节都必须精准无误，分秒不能差。方案设计师王卫华打了个比方：“这就好比在室外，距离标准篮筐980米进行投篮，还必须事先考虑到投篮的角度、时机、投球力度，篮球自身的旋转运动，风速和风向外部环境等种种因素的影响。”
同时，设计师们也做了不同情况下的预案和对策。当环绕器通过自身的敏感器发现没有完成既定的动作时，会自主带着着陆器迅速进行轨道抬升，以避免撞向火星，并在合适的时机再次选择执行两器分离的一系列动作。
兼职达人，做最可靠的通信“中继站”
在此次的火星探测任务中，环绕器不仅仅是一辆星际“专车”，它同样也是一座功能强大的通信“中继站”，为着陆巡视器与地球搭建通讯桥梁。
据介绍，升轨后的环绕器并不是大家想象中“卸载”后一身轻松，此刻它需要迅速肩负起对火星表面进行遥感探测的任务，同时选择恰当的时机来将巡视器的数据“中继”传向地球。在距离地球数亿公里的轨道上准确指向地球，相当于要在2米开外瞄准绣花针孔，而且要在环绕器自身还在不断的飞行运动情况下，时刻保持住瞄准状态。
据介绍，环绕器携带有2块太阳电池阵、1幅高增益数据传输天线、1幅对巡视器数据中继天线。在环绕器执行数据中继任务时，需要驱动太阳电池阵对准太阳方向以保证自身电能的供应，同时需要高增益天线跟踪地球、中继天线指向巡视器，以建立“数据鹊桥”。
“此时，环绕器需要同时实现对巡视器、地球、太阳3个目标的高精度同步指向控制，绝对可以称得上是‘八面玲珑’了。”GNC系统主任设计师聂钦博说。
天问一号着陆火星有多惊险？“黑色9分钟”内速度从2万千米/小时降至0
“天问号”于 2020 年 7 23日发射，在今年 2 到达星，成功被星捕获，经过 3 个的养精蓄锐，“天问号”已在近实施降轨，完成着陆巡视器与环绕器分离，软着陆星表，成功拥抱星。不久它装载的星也将会驶离着陆平台，开展巡视探测等作。这只由航天科技集团五院抓总研制的“星蝴蝶”——中国辆星“祝融号”，会以什么式登陆星、会如何探索星？此次登陆星有什么难点，它的背后有什么故事呢？昨天，航天科技集团五院总体设计部星探测器总体主任设计师王闯向记者介绍了火星探测器着陆火星的过程。
9分钟内速度从2万千/小时降到0米/时
被星成功捕获以后，“天问号”经过个的充分准备终于开启了第阶段任务——“着陆”。星的北半球多平原，南半球多地，因此此次星软着陆的地点就选择在星北半球的乌托邦平原的南部。整个降落过程致分为进——减速——软着陆三步，简称为 EDL（Entry，Descent，Landing）。据航天科技集团五院总体设计部星探测器总体主任设计师王闯介绍，“天问号”在进火星层以后先借助星，进动减速，这个过程它克服了温和姿态偏差。动减速完成后，“天问号”的下降速度也减掉了 90 % 左右。紧接着“天问号”打开降落伞进伞系减速，当速度降 100米/秒时，“天问号”通过反推发动机进减速，由减速阶段进动减速阶段。在距离星表 100 时，“天问号”进悬停阶段，完成精避障和缓速下降后，着陆巡视器在缓冲机构的保护下，抵达星表。
总的来说，整个过程“天问号”在 9分钟内将约 2万千/时的速度降到0 /时。值得提的是，虽然此前我国已有表着陆经验，但是此次“天问号”星软着陆任务更加艰难。一方面星表存在（星表的密度是地球表密度的 1%左右），因此星比月球的环境更复杂；另星离地球距离更加遥远，通信时延单程达到 20 分钟左右，因此整个着陆过程相距遥远的地球来不及做任何处置，只能靠“天问号主完成，经历“未知9分钟”，这9分钟也可以称为“黑色9分钟”。航天科技集团五院总体设计部星巡视器总体主任设计师陈百超表示：“我国是次实施星探测任务，对火星的环境，特别是，类似这些参数，我们没有数据。所以相当于我们到了个完全未知的个环境，这种难度可想而知。”
“天问号”的五大使命
成功着陆后，“绕”“着”“巡”的串联任务终于进到最后步。着陆后，进舱将着陆信息通过环绕器转发地。进舱和星先后完成坡道及太阳翼天线展开，星将在第时间将成功展开的消息传回地。切准备就绪后，星将主的驶离进舱，抵达，开始新的征程探测星不仅是程任务的突破，更是星科学领域的突破。除了常规的通信、能源（太阳能帆板）、撑结构、动系统等部分外，“天问号”整体上携带了 13 种科学载荷，其中 7 个在星上空的环绕器上，分别是中分辨率相机、分辨率相机、次表层探测雷达、星矿物光谱探测仪、星磁强计、星离与中性粒分析仪、星能量粒分析仪。6台分布在星上，分别是多光谱相机、次表层探测雷达、星表成分探测仪、星表磁场探测仪、星象测量仪、地形相机。它们共有五使命，主要涉及星空间环境、地表形貌特征、壤表层结构等研究，将给中国带来星的第资料。其中，与象有关的研究项将收集有关温度、压、速和向的数据，并研究星的磁场和重场，这些也将解答众的好奇——星究竟是什么样的候。
在“红星球”上的荒野求生
星的环境是出了名的恶劣，要想完成使命，火星车先得活下来。这就需“祝融号”够强。中国曾数次造访球，积累了宝贵的经验。但球与星最的不同，便在于表近乎真空，星有层。这则会增加探索星的难度。如果只是看图片，星的地貌似乎与地球上的沙漠壁异。事实上，星上的速可达每秒 180，这乎是地球上特台速的三倍还多。这如野兽般凶暴的烈会掀起量的沙尘，石块，形成特沙暴。让“蝴蝶”的眼睛蒙尘，翅膀不再灵活。对这样的情况，设计师使了种新型材料，这种材料不易沾上灰尘，即使沾上，也可以通过振动将其抖落。星表还密布着块等障碍物，这就使得星的驶需要更加地“翼翼”。以免被障碍物卡住造成操作的迟滞，那如何让星的每步都得更加稳妥呢？在航天五院的实验室中，有台模样的星。当在星上遇到复杂的路况时，地球上的星将对星路况进模拟驶，确认误后才会发出指令。
按照计划，90 个星后，星将结束巡视探测作，环绕器也将进轨道调整，从开展环绕科学探测。
