陽江信息港
火星探測器著陸火星表面模擬圖（5月15日攝）。新華社發
●南方日報記者 王詩堃 徐勉
通訊員 李柏楊 宋星光 黃國暢
著陸從凌晨開始。5月15日1時許，天問一號探測器在停泊軌道實施降軌，機動至“火星進入軌道”；降軌完成后，建立兩器分離姿態，經地面判斷允許后釋放著陸巡視器。
4時許，著陸巡視器與環繞器分離，歷經約3小時飛行后，著陸巡視器進入火星大氣，經過約9分鐘的減速、懸停避障和緩沖，7時18分成功軟著陸于預選著陸區。
另一邊，環繞器在兩器分離約30分鐘后，升軌返回停泊軌道，為著陸巡視器提供中繼通信。
著陸巡視器安全著陸后，將進行桅桿、太陽翼、天線、車輪等機構的釋放展開；“祝融號”火星車會駛離著陸平臺，開展火星表面巡視探測。而環繞器除了給火星車提供中繼通信外，還將利用搭載的7種科學載荷，對火星表面及其次表層開展科學探測，完成火星全球遙感探測任務。
由此，我國成為世界上第二個有能力實現火星表面巡視探測的國家，讓我們共同期待火星車后續的探測成果。
停泊軌道3個月??
觀測預選著陸區，確認登陸地
去年7月發射的3顆火星探測器中，“天問一號”和美國的“毅力號”均要在火星表面軟著陸。與“毅力號”直接實施火星表面軟著陸不同，在“天問一號”實施登陸前，探測器首先在停泊軌道上運行了3個月。
這3個月，是用來對預選著陸區進行觀測的。
與成功進行了多次火星探測任務的美國相比，我國在“天問一號”探測任務之前，尚不掌握第一手火星環境資料，對地形地貌、天氣環境等情況尚不熟悉。因此在任務規劃時，我國只是根據全球已公開的數據預選出一個首選著陸區和一個備選著陸區。最終的著陸點，還要依靠親自探測第一手數據分析決定。
為保證探測效果，研制團隊設計的環火停泊軌道為回歸軌道，即每圈軌道的近火點均位于首選著陸區的正上方，這種軌道設計可以使探測器每次運行到近火點時均可以對著陸區進行詳查。
據中國航天科技集團八院509所環繞器總體設計師介紹，環繞器對預選著陸區的探測包括地貌、天氣兩個主要方面。通過高分辨率相機、中分辨率相機、光譜儀等載荷的探測數據，火星環繞器生成火表遙感圖像，以遙感圖像為基礎，對火星表面的地形地貌（如坡度、凹坑、石塊等）進行辨識分析，并繪制火星表面高程圖。
位于地球的科研人員利用這些參數開展三維高精度建模，并進行著陸仿真驗證，確保預選著陸點的地貌條件充分適合探測器的軟著陸及后續火星車的巡視探測任務。
在對預選著陸區進行探測的同時，環繞器也對火星的天氣情況進行監測，從而避開沙塵暴等惡劣天氣，選擇“風和日麗”的日子實施兩器分離任務。
分離控制7小時??
每個環節精準無誤、分秒不差
“天問一號”包括環繞器和著陸巡視器（火星車+著陸平臺）兩部分。
環繞器可以理解為搭載著陸巡視器的“專車”。在登陸火星一系列動作中，它需要順序完成軌道降低發動機點火和關機、兩器分離姿態建立、兩器分離后軌道升高發動機點火和關機等一系列動作，分離前后的控制總共需要約7個小時。這些太空芭蕾般的優美舞姿，都需要環繞器自主、準確、可靠地完成。
“這是一系列很關鍵的姿態和軌道機動，稍有不慎，探測器就可能被火星引力拉向火星表面墜毀。由于通信時延的存在，我們沒有辦法實時獲知探測器的狀態，無法對異常情況進行及時干預?！杯h繞器副總設計師朱慶華說，“可以說，兩器分離的過程是對我們控制算法精度、產品工作可靠性、故障預案周密性等最充分的考驗”。
明確了著陸器準確的著陸點后，探測器的一系列機動也就隨之確定下來。在探測器進行第一次降軌點火的3個小時前，設計師們已上注所有控制策略，策略中包含了對可能發生情況的應對。
分離時環繞器的軌道控制精度和姿態控制精度，是著陸巡視器能否進入預定著陸區的前提。這些需要依賴于敏感器、執行機構、計算機以及算法的準確性，可以說是對探測器導航、制導與控制分系統的一次“大考”。實際過程中，探測器需要自主進行測量計算并進行判斷，每個環節都必須精準無誤、分秒不差。
設計師們也做了不同情況下的預案和對策。當環繞器通過自身的敏感器發現沒有完成既定動作時，會自主攜帶著陸器迅速進行軌道抬升以避免撞向火星，并在合適時機再次選擇執行兩器分離的一系列動作。
驚心動魄9分鐘??
時間短動作多，完全自主控制
從踏上進入點的那一刻起，“天問一號”就迎來了此次探火旅程中最為驚心動魄的“黑色9分鐘”。目前，人類火星探測任務的成功率僅五成左右，大部分都在“進入/下降/著陸”這一階段失利。
這一階段是火星探測最大的難點，需要融合氣動外形、降落傘、發動機、多級減速和著陸反沖等多項技術，才能實施軟著陸。
每個環節都必須確保精準無誤，才能避免任務的失敗。為此，“天問一號”任務繼承了嫦娥三、四、五號成熟的懸停、避障技術。在上述措施的基礎上，科研人員還在國際上首次采用了基于配平翼的彈道—升力式進入方案，以降低火星大氣參數不確定性帶來的風險，提高適應能力。
著陸過程技術十分復雜：探測器瞄準進入火星大氣層的一個狹窄進入走廊，接著氣動減速，火星專用降落傘展開；待降落傘完成使命后，探測器拋掉大底和背罩，露出著陸平臺和火星車；大推力發動機開始工作，探測器觀察地面，尋找最安全的具體著陸地點；最后，四條著陸腿穩穩降落在火星表面。
值得一提的是，整個過程時間短、動作多，地面無法干預，完全靠探測器自主控制。
“祝融”號火星車設計工作壽命是90個火星日，相當于地球上的92天。在這期間，它將在火星表面巡視并采樣，然后將數據通過環繞器“中繼”發回地球。
將火星車數據傳回地球并不是件容易事。在距離地球約3億公里的軌道上準確指向地球，相當于要在2米開外瞄準繡花針孔，而且要在環繞器自身還在不斷的飛行運動情況下，時刻保持住瞄準狀態。設計師們采取了一系列可靠的安全策略，以確?；鹦擒嚺c地球的順暢通訊。
按照計劃，在火星車結束巡視探測工作后，環繞器將繼續在火星軌道進行環繞科學探測。
策劃統籌：張志超
