千年天問夢圓火星——我國星際探測征程邁出重要一步

2021-05-16 09:18:00

來源：新華網(wǎng)

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　　新華社北京5月15日電 題：千年天問夢圓火星——我國星際探測征程邁出重要一步

　　新華社記者胡喆、陳席元、徐鵬航

　　“天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？”兩千多年前，詩人屈原仰望蒼穹，發(fā)出“天問”。兩千多年后，以屈原長詩命名的天問一號探測器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，完成了一次教科書式的精準(zhǔn)著陸，在火星上首次留下中國人的印跡，邁出了我國星際探測征程的重要一步。

　　在太空中長途跋涉295天，天問一號一路走來經(jīng)歷了哪些激動人心的時刻？著陸火星后還有哪些使命和看點？

　　奔火之路殊為不易

　　2020年7月23日，我國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器在文昌航天發(fā)射場搭載長征五號遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射。

　　2020年7月23日，在海南文昌航天發(fā)射場，天問一號探測器由長征五號遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射。新華社記者才揚(yáng) 攝

　　自發(fā)射以來，天問一號經(jīng)歷了地火轉(zhuǎn)移段、制動捕獲段、環(huán)火飛行段等飛行過程，成功完成火星制動捕獲，完成了“繞、著、巡”三大目標(biāo)中環(huán)繞探測目標(biāo)。

　　在地火轉(zhuǎn)移期間，天問一號完成了地月成像、四次中途修正、深空自拍、深空機(jī)動等一系列操作，至今令人印象深刻。

　　——深情回望，拍攝地月合影。2020年7月27日，環(huán)繞器在飛離地球約120萬公里處回望地球，利用光學(xué)導(dǎo)航敏感器對地球、月球成像，獲取了清晰地月合影。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月狀，在茫茫宇宙中交相輝映。

　　這是2020年7月27日天問一號探測器利用光學(xué)導(dǎo)航敏感器拍攝的地月合影。新華社發(fā)（國家航天局提供）

　　——軌道修正，讓天問飛得更穩(wěn)。天問一號先后完成了四次中途軌道修正，對3000N發(fā)動機(jī)及120N、25N推力器的在軌性能、工作模式進(jìn)行了全面驗證。

　　——深空自拍，五星紅旗閃耀太空。2020年10月1日，國家航天局發(fā)布了天問一號探測器飛行圖像，圖上的五星紅旗光彩奪目，呈現(xiàn)出鮮艷的中國紅，這是我國探測器采用分離測量傳感器完成首次深空自拍。

　　——首拍火星，成功獲取中國首幅近火圖像。2021年2月5日，國家航天局發(fā)布了天問一號在距離火星約220萬公里處，獲取的首幅火星圖像。本次成像采用環(huán)繞器高分辨率相機(jī)的黑白成像模式。

　　——近火制動，環(huán)繞火星成功。2021年2月10日，天問一號探測器實施近火制動，3000N發(fā)動機(jī)開機(jī)工作約15分鐘，探測器順利進(jìn)入近火點高度約400公里，遠(yuǎn)火點高度180000公里，周期約10天，傾角約10度的大橢圓環(huán)火軌道，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星，實現(xiàn)“繞、著、巡”第一步“繞”的目標(biāo)，環(huán)繞火星獲得成功。

　　2020年8月2日7時整，我國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器3000牛發(fā)動機(jī)開機(jī)工作20秒鐘，順利完成第一次軌道中途修正，繼續(xù)飛向火星。這是2020年8月2日在北京航天飛行控制中心拍攝的現(xiàn)場畫面。新華社記者才揚(yáng) 攝

　　2021年2月12日，國家航天局發(fā)布天問一號制動捕獲過程動態(tài)影像，火星大氣層及表面形貌清晰可見。

　　2021年2月24日，天問一號探測器成功實施第三次近火制動，進(jìn)入周期2個火星日的火星停泊軌道后，對火星開展全球遙感探測，并對預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行詳查，探測分析地形地貌、沙塵天氣等，為著陸火星做準(zhǔn)備。

　　2021年2月10日，在北京航天飛行控制中心指揮大廳，航天科研人員慶祝我國首次火星探測任務(wù)天問一號環(huán)繞火星成功。新華社記者金立旺攝

　　踏上火星感覺良好

　　被火星成功捕獲以后，天問一號經(jīng)過幾個月的養(yǎng)精蓄銳終于開啟了第二階段任務(wù)——“著陸”。火星的北半球多平原，南半球多山地，此次火星軟著陸的地點就選擇在火星北半球烏托邦平原的南部。

　　整個降落過程大致分為“進(jìn)入—減速—軟著陸”三步。航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計部火星探測器總體主任設(shè)計師王闖介紹，天問一號在進(jìn)入火星大氣層以后首先借助火星大氣，進(jìn)行氣動減速，這個過程它克服了高溫和姿態(tài)偏差，氣動減速完成后天問一號的下降速度也減掉了90%左右。

　　緊接著天問一號打開降落傘降速，當(dāng)速度降至100米每秒時，天問一號通過反推發(fā)動機(jī)進(jìn)行減速，由大氣減速階段進(jìn)入動力減速階段。

　　在距離火星表面100米時天問一號進(jìn)入懸停階段，完成精避障和緩速下降后，著陸巡視器在緩沖機(jī)構(gòu)的保護(hù)下，抵達(dá)位于火星東經(jīng)109.9°北緯25.1°的著陸點。

　　總的來說，整個過程天問一號在9分鐘內(nèi)將約2萬千米每小時的速度降到0。值得一提的是，雖然此前我國已有月表著陸經(jīng)驗，但是此次天問一號火星軟著陸任務(wù)更加艱難。

　　專家告訴記者，一方面火星表面存在大氣，因此火星比月球表面有更復(fù)雜的環(huán)境；另一方面火星離地球距離更加遙遠(yuǎn)，通信時延達(dá)到20分鐘左右，因此整個著陸過程相距遙遠(yuǎn)的地表來不及做任何處置，只能靠天問一號自主完成，經(jīng)歷“生死九分鐘”。

　　航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計部火星巡視器總體主任設(shè)計師陳百超表示，天問一號是我國首次火星探測任務(wù)，對火星的環(huán)境，特別是大氣等參數(shù)，我們沒有一手?jǐn)?shù)據(jù)，所以相當(dāng)于我們到了一個完全未知的環(huán)境，難度和挑戰(zhàn)可想而知。

　　2021年5月15日，航天科研人員在北京航天飛行控制中心指揮大廳慶祝我國首次火星探測任務(wù)著陸火星成功。新華社記者金立旺攝

　　著陸火星使命不凡

　　成功著陸后，“繞、著、巡”的串聯(lián)任務(wù)終于進(jìn)行到最后一步。首先，著陸器將著陸信息通過環(huán)繞器轉(zhuǎn)發(fā)地面，先后完成坡道及太陽翼天線展開，火星車在第一時間將成功展開的消息傳回地面。一切就緒后，祝融號火星車將自主駛離著陸器，抵達(dá)火星表面，開啟新的征程。

　　探測火星不僅是工程任務(wù)的突破，更是行星科學(xué)領(lǐng)域的突破。

　　除了常規(guī)的通訊、能量來源（太陽能帆板）、支撐結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)等部分外，天問一號整體上攜帶了13種科學(xué)載荷，其中7個在火星上空的環(huán)繞器上，分別是中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、次表層探測雷達(dá)、火星礦物光譜探測儀、火星磁強(qiáng)計、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀。6臺分布在火星車上，分別是多光譜相機(jī)、次表層探測雷達(dá)、火星表面成分探測儀、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀、地形相機(jī)。

　　它們共有五大使命，主要涉及火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等研究，將給我國帶來探測火星的一手資料。其中，與氣象有關(guān)的研究項目將收集有關(guān)溫度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向的大氣數(shù)據(jù)，并研究火星的磁場和重力場，這些也將解答大家的疑惑——火星究竟是什么樣的氣候。

　　“天問一號成功著陸火星，成為我國星際探測征程上具有里程碑意義的重要一步。”我國首次火星探測任務(wù)工程總設(shè)計師張榮橋表示，經(jīng)過六年的科研攻關(guān)，發(fā)射場百余天的堅守，以及295天的飛行控制，天問一號實現(xiàn)了一次教科書式的精準(zhǔn)著陸，展示了我國深空探測技術(shù)的先進(jìn)能力，體現(xiàn)了我們集中力量辦大事的制度優(yōu)勢。

　　后續(xù)，除了火星車要在火星表面進(jìn)行巡視探測外，天問一號環(huán)繞器也將繼續(xù)工作。天問一號探測器副總指揮張玉花告訴記者，環(huán)繞器將在完成著陸過程的中繼通信任務(wù)后，在周期為兩個火星日的停泊軌道上運(yùn)行一圈，之后在近火點實施變軌機(jī)動，將軌道變?yōu)橹芷跒槿种粋€火星日的中繼軌道，這樣一個火星日內(nèi)，環(huán)繞器可為火星車提供一次近火點中繼通信和一次遠(yuǎn)火點中繼通信，為后續(xù)的巡視探測任務(wù)提供信息傳輸服務(wù)。

　　2021年3月4日，國家航天局發(fā)布3幅由我國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器拍攝的高清火星影像圖，包括2幅全色圖像和1幅彩色圖像。這是國家航天局公布的高清火星影像圖。新華社發(fā)（國家航天局供圖）

　　火神“祝融” 荒野求生

　　火星的環(huán)境是出了名的惡劣，要想完成使命，火星車首先得存活下來。這就需要祝融號足夠強(qiáng)大。

　　中國曾數(shù)次造訪月球，積累了寶貴的經(jīng)驗。但月球與火星最大的不同，便在于月表近乎真空，而火星有大氣層，這大大增加了探測火星的難度。

　　如果只是看圖片，火星的地貌似乎與地球上的沙漠戈壁無異。事實上，火星上的風(fēng)速可達(dá)每秒180米，這幾乎是地球上特大臺風(fēng)風(fēng)速的三倍還多。狂風(fēng)會掀起大量的沙塵、石塊，形成特大沙暴，讓祝融號的眼睛蒙塵、翅膀不再靈活。

　　面對這樣的情況，設(shè)計師們使用了一種新材料，這種材料不易沾上灰塵，即使沾上，也可以通過振動將其抖落。火星表面還密布著石塊等障礙物，這就使得火星車的行駛需要更加“小心翼翼”，以免被障礙物卡住造成操作的遲滯。

　　那么如何讓火星車的每一步都走得更加穩(wěn)妥呢？在北京的實驗室中，有一臺一模一樣的火星車。當(dāng)在火星上遇到復(fù)雜的路況時，地球上的火星車將對火星路況進(jìn)行模擬行駛，確認(rèn)無誤后才會發(fā)出指令。

　　按照計劃，90個火星日后，火星車將結(jié)束巡視探測工作，環(huán)繞器也將進(jìn)行軌道調(diào)整，從而開展環(huán)繞科學(xué)探測。

　　在航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計部天問一號探測器副總設(shè)計師賈陽的案頭，擺放著一枚精美無比的藍(lán)色蝴蝶標(biāo)本。據(jù)賈陽透露，火星車的設(shè)計靈感，正是來自這枚蝴蝶——無線電成了它的復(fù)眼，天線成了它的觸須，而火星車的車標(biāo)，設(shè)計靈感也是來自800年前的印章文物。科學(xué)和詩意，在這一刻交融、升華。

　　全球矚目的祝融號這只“火星蝴蝶”，后續(xù)又會給人們帶來什么意想不到的發(fā)現(xiàn)和驚喜呢？請大家一起拭目以待吧！