中國首次火星探測任務著陸火星成功

2021年5月19日，國家航天局發布“天問一號”落火影像。該圖由導航相機拍攝，鏡頭指向火星車尾部。圖中可見火星車太陽翼、天線展開正常到位;火星表面紋理清晰，地貌信息豐富。

北京時間2021年5月15日7時18分，“天問一號”探測器成功實現火星表面軟著陸的消息從遙遠的火星表面傳來，中國首次火星探測任務著陸火星圓滿成功。

當日，習近平總書記向首次火星探測任務指揮部并參加任務的全體同志致以熱烈的祝賀和誠摯的問候，習近平在賀電中指出，“天問一號”探測器著陸火星，邁出了中國星際探測征程的重要一步，實現了從地月系到行星際的跨越，在火星上首次留下中國人的印跡，這是中國航天事業發展的又一具有里程碑意義的進展。

自2020年7月23日在文昌航天發射場啟程，“天問一號”經歷近7個月的“奔火”之旅和3個月的“環火”探測，“登火”成功，并開展巡視探測。通過一次發射實現火星環繞、著陸和巡視探測三大目標，這在世界航天史上尚屬首次。火星探測屬于高風險航天任務，中國突破了第二宇宙速度發射、行星際飛行及測控通信、地外行星軟著陸等關鍵技術，邁出了星際探測征程中的重要一步，是中國航天事業發展中又一個具有重大意義的里程碑事件。

在奔赴火星到成功降落的征途中，“天問一號”需要經過發射段、地火轉移段、火星捕獲段、火星停泊段、離軌著陸段和科學探測段六個飛行階段。其中，著陸是火星探測任務難度最高、風險最大的一步。

著陸火星表面有三大難點：

一是環境不確知，不確定性大。火星有稀薄的大氣層，與月球和地球的環境截然不同。月球沒有大氣，著陸過程完全靠反推發動機點火減速，著陸過程干擾因素少。我們對地球的大氣環境有較深入的認識，航天器從空間返回地球的設計依據比較明確，也比較充分。火星著陸的減速主要通過進入艙的氣動外形結構和降落傘與大氣作用進行減速，而我們對火星大氣的了解非常有限，同時火星大氣又十分不穩定，有風、有沙塵暴，這些天氣的出現是隨機的，存在很大的不確定性，這樣十分重要，但不確知、不確定的條件會給火星著陸帶來很大風險。

二是著陸的過程較為復雜，充滿挑戰，需要在短時間內完成多個動作，不允許半點差錯。中國航天科技集團五院“天問一號”探測器總設計師孫澤洲表示：“這個過程需要融合氣動外形、降落傘、發動機、著陸緩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，稍有失誤都可能造成整個任務的失敗。”

三是地面無法干預，全程自主控制。著陸時，火星和地球的距離達到3.2億千米，無線電信號一來一往大約35分鐘，地面不可能直接遙控，所有動作觸發條件的測量、判斷，所有動作的執行，包括最后階段通過拍攝著陸區的圖像并選擇滿足條件的著陸點，都要探測器自主完成。

回顧“奔火”之路

2020年4月24日，中國首次火星探測任務低調研發數年之后，于中國航天日正式獲得命名——“天問一號”。

2021年2月10日，“天問一號”在浩渺無垠的太空中飛行了202天，行程4.75億千米后，與火星交會，成功實施火星捕獲，從地火轉移軌道進入到環火軌道。

2021年5月15日，“天問一號”探測器成功實現火星表面軟著陸。

2020年7月23日，長征五號遙四火箭托舉“天問一號”加速到超過11.2千米/秒的第二宇宙速度，之后完成分離，直接將探測器送入地火轉移軌道，奔向火星。

2021年2月24日，“天問一號”探測器進入火星停泊軌道，開展為期約3個月的環繞探測。

2021年5月17日，“天問一號”環繞器為火星車和地球建立了中繼通信鏈路，將火星的“真容”傳回地球。

“天問一號”在距離火星約220萬公里處，獲取了首幅火星圖像。①阿茜達利亞平原;②克律塞平原;③子午高原;④斯基亞帕雷利坑;⑤水手谷。

火星阿茜達利亞平原、克律塞平原、子午高原、斯基亞帕雷利坑，以及最長的峽谷——水手谷等標志性地貌清晰可見。

全色圖像由高分辨率相機在距離火星表面約330千米-350千米高度拍攝，分辨率約0.7米，成像區域內火星表面小型環形坑、山脊、沙丘等地貌清晰可見，據測算，圖中最大撞擊坑的直徑約620米。

2021年3月4日，國家航天局發布“天問一號”探測器拍攝的高清火星影像圖。

5月15日7時18分，“天問一號”著陸巡視器成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區。國家航天局探月與航天工程中心、新聞宣傳中心 供圖

著陸，步步驚心

進入火星軌道后，“天問一號”探測器經過幾次調整，于2021年2月24日成功實施第三次近火制動，進入火星停泊軌道，開展為期約3個月的環繞探測。“天問一號”探測器環火期間，每次經過預定著陸區烏托邦平原上空時，都會利用高分辨率相機對預定著陸區地形、地貌進行詳查，每隔一段時間都會利用中分辨率相機探測著陸區是否存在沙塵天氣，為著陸巡視器安全著陸做好準備。

北京時間5月15日凌晨1時許，“天問一號”探測器在火星停泊軌道實施降軌，機動至火星進入軌道。隨后，環繞器與著陸巡視器分離，環繞器返回停泊軌道，著陸巡視器運行到距離火星表面125千米高度時，開始進入火星大氣。

從進入火星大氣層到最終著陸的過程中，“天問一號”經歷了“生死9分鐘”—通過一連串10多個動作，將速度由2萬千米/小時減到0，這些動作環環相扣，要一氣呵成，每個動作都只有一次機會，一步出錯，全盤皆輸。

著陸巡視器進入火星大氣后，通過外形結構與火星大氣劇烈摩擦減速，減速一定程度后展開配平翼，利用空氣動力來調整姿態。然后，從背罩上彈出降落傘，進一步減速。繼而，拋掉進入艙的大底，展開4條支腿，通過雷達測量速度和對火距離，在距離地面一定高度時拋掉背罩和降落傘，7500N變推力發動機開機進行動力減速，邊下降邊進行粗避障。在距離火面約100米處懸停，再次判斷地形，選定最終著陸點，再緩緩著陸，在觸地瞬間準確判斷已經著陸，關閉發動機，完成著陸過程。

“天問一號”火星探測器著陸全過程

“天問一號”探測器

●“天問一號”探測器重約5噸，由著陸巡視器（進入艙和“祝融號”火星車）和環繞器共同組成。

●在執行著陸任務時，著陸巡視器與環繞器分離。著陸巡視器在火星烏托邦平原南部預定區域實施軟著陸，

●火星車駛離著陸平臺，開展巡視探測等工作。

●環繞器升軌返回到停泊軌道，為著陸過程提供中繼通信，繼而進入中繼軌道，為火星車提供通信中繼。

模擬火星探測器著陸火星表面。

我們為什么要探索火星

●火星是離地球較近且環境最相似的星球，火星上是否存在孕育生命條件成為火星研究重大科學問題。

●火星半徑約為地球的一半，體積約為地球的1/7;質量約為地球的1/10，重力加速度約為地球的3/8;自轉周期為24小時37分23秒，一天比地球略長;公轉周期為687天，接近地球的2年，與地球的會合周期約為26個月。火星有稀薄大氣，密度約為地球的1%，成分主要是二氧化碳，占95%以上。目前測到的最高氣溫約27度，最低達到零下130度。

●人類對于火星的探索，從20世紀60年代就已經開始。目前只有美國和中國掌握了火星軟著陸技術。

2020年10月1日，國家航天局發布我國首次火星探測任務“天問一號”探測器飛行圖像。

為什么著陸在火星北半球的烏托邦平原

●火星上的地形地貌從分布上來看，北半球多為平原，南半球大多是山地，以往的火星探測任務大多數選擇著陸在北半球。

●為了實現“安全著陸與巡視”的要求，科研人員識別了火星高度、坡度、巖石、風速、塵土、能源等約束要素，在各種條件相對較好的北緯5度-30度區間內，選了兩個區域。

●“祝融號”火星車軟著陸的烏托邦平原南部預定區域，很可能是一個古海洋所在地，有很高的科學價值。據專家介紹，地處火星北半球的烏托邦平原是太陽系中最大的撞擊盆地，直徑約3300千米。

火星車“祝融號”的任務

“天問一號”成功著陸當日，著陸平臺完成坡道展開，“祝融號”火星車完成桅桿、太陽翼和天線展開，在第一時間將成功展開的消息傳回地面。

5月17日，環繞器進入中繼軌道，為“祝融號”和地球建立中繼通信鏈路，將火星的“真容”傳回地球。

“祝融號”火星車按程序進行環境感知和狀態檢查，一切準備就緒后，于5月22日10時40分，安全駛離著陸平臺，抵達火星表面，開始新的征程。

中國首次火星探測任務的科學目標是：研究火星形貌與地質構造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質組成、火星大氣電離層及表面氣候與環境特征、火星物理場與內部結構等。

“祝融號”火星車以3天為一個工作周期開展科學探測。受苛刻環境影響，“祝融號”每日只能工作約兩個小時，工作內容主要包括環境感知、移動巡視、科學探測、數據下傳等。“祝融號”開展90個火星日（約92個地球日，火星自轉周期約為24小時37分鐘）的科學探測后，將完成既定的巡視探測目標。

“天問一號”留守火星，環繞探測

火星車前避障相機正對前進方向進行拍攝。圖中可見坡道機構展開正常; 圖像上部的兩個伸桿為已經展開到位的次表層雷達天線;前進方向地形清晰。為獲知火星車前進方向更大范圍的地形信息，避障相機采用大廣角鏡頭，在廣角鏡頭畸變的影響下，遠處地平線形成一條弧線。

5月17日，“天問一號”環繞器通過第四次近火制動，順利進入周期為8.2小時中繼通信軌道，成為地球和火星之間的“信使”，同時開展科學探測。按照計劃，在火星車完成90個火星日的既定探測工作后，環繞器將進行軌道調整，進入近火點265公里、遠火點1.2萬公里的科學探測軌道，對火星開展約1個火星年（約2個地球年）的遙感探測，力求對火星表面“全覆蓋”，同時兼顧火星車后續探測的中繼通信。

“天問一號”任務之后，中國的行星探測計劃將繼續新的征程。據了解，2025年前后，將實施小行星探測任務，2030年前后，將實施火星取樣返回、木星系探測等任務，目前正在開展關鍵技術研究，更多的“天問”系列任務，將使中國的行星探測邁向更遠的深空。

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著陸火星成功。攝影 王永亮 閆曉洌/北京航天飛行控制中心

（本報道得到國家航天局大力支持，報道中未署名圖片由國家航天局提供。）