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天問一號"最後一腳"刹車如何踩穩准？

2021-05-15 | 來源: 科技日報 | 轉到微信 | 有4人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

5月15日，“天問一號”著陸巡視器與環繞器實現分離，成功登陸火星。

天問一號任務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，實現了我國首次地外行星著陸，是中國航天事業發展中又一具有重大意義的裡程碑。火星探測風險高、難度大，探測任務面臨行星際空間環境、火星稀薄大氣、火面地形地貌等挑戰，同時受遠距離、長時延的影響，著陸階段存在環境不確定、著陸程序復雜、地面無法幹預等難點。

怎麼在登陸火星時安全著陸？這是個值得好好聊聊的問題。

圖源：中國航天科技集團

探測器要想成功著陸火星需要在短短9分鍾時間內將兩萬多公裡時速降為零，其間需要經歷氣動減速、降落傘減速、動力減速、著陸緩沖等多個環節，任何一個環節失誤都意味著登陸失敗。經過一系列減速措施，“天問一號”來到距離火星表面約2公裡處，以約100米/秒的速度不斷接近火星表面。這個速度相當於目前我國高鐵的最高運行時速。

由航天科技集團第六研究院研制的7500N變推力發動機就是最後動力減速環節的主要工具。

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“天問一號”采用的是由液體火箭發動機提供反推力的方式來實施最後的減速，此方法已在嫦娥三、四、五號探測器落月過程中連續三次成功實施，火星著陸巡視器7500N變推力發動機正是落月用變推力發動機的2.0版——為了滿足火星探測器安裝結構要求和減重需求，並提升發動機性能，研制團隊首次在我國開展深空探測的航天器上將推進分系統發動機燃燒（电视剧）室從以往的低室壓方案改進為中室壓方案，從而保證了相同推力情況下，發動機體積更小、性能更高。加上不斷創新和優化生產工藝，有效實現了推進分系統的輕質化需求。

之所以從1.0升級到2.0，是因為火星表面軟著陸的難度升級了。

首先，火星實在太遠了。月球與地球的平均距離為38萬千米，而火星與地球的距離在5000萬至4億千米左右，遠遠超過地月距離。在地球上，最多0.13秒能實現任意兩點通訊，地月之間需要2.5秒，但當“天問一號”需要在火星著陸時，火星與地球的距離為3億千米，完成一次通訊需要30分鍾。也就是說，信號還沒跑到地球，探測器已經“收工”了。對於身在遙遠異鄉的小家伙，這一段路得自己操心，每一次推力的變化必須非常迅速、精准，發動機需要很“聽話”。

會不會頻繁猛踩刹車，是我們評判一個司機駕駛技術好壞的重要指標之一。同樣，為了減少降落過程中對著陸巡視器的沖擊，將“乘客”平穩送達，發動機采用了“長距離輕刹車”的技術。在降落過程中，雷達等探測設備會像眼睛一樣盯著火星地面，測量巡視器距離地面高度等參數，這些參數進入GNC系統，由這個睿智的“大腦”計算出對發動機的推力要求。發動機會按照預設的時序和實時的指令完成變推力調節，讓著陸巡視器慢下來，最後以很低的速度穩穩落在火星表面。

火星表面軟著陸的另一個難點在於，月球表面近似真空，而火星表面有一層稀薄的大氣。在降落過程中，著陸器與火星表面的大氣會劇烈摩擦，為了防止被“燒糊”，著陸器上增加了一個防熱大底，原本可以“伸出去”的發動機被“兜起來”了。有限的艙體空間限制著發動機的尺寸，“天問一號”探測器變推力發動機的高度比“嫦娥三號”探測器變推力發動機要縮小超60%，推力等主要性能指標卻保持不變，“小個子”要爆發出“大能量”，這意味著發動機必須更結實。

去一趟火星不容易，但“天問一號”能攜帶“乘客”的總重量卻是有限的。科研人員從發動機的原理入手，按照任務的需求和特點，對系統參數和總裝布局進行了優化，既保證了功能，又增加了一些新技術，應用了一些新材料，發動機沒有“長肉”“增肌”，重量還減少了2/3，為其他“乘客”讓了讓“座”，進一步發揚了變推力發動機高性能、長壽命、高可靠的特點，一舉解決了上述問題。

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共有 4 人參與評論 (其它新聞評論)

評論2	wyx2000	2021-05-15 13:09
為啥這登陸技術用在馬斯克的火箭上要失敗那麼多次? 贊踩回復 0

評論1	游客 [辛.香.經.說]	2021-05-15 11:10
看到很多人對此發酸：技術是偷來的、別人76年就登火了、沒有照片就沒有事實等等。無論如何你在美國人面前貶低中國登火的時候，美國人心裡肯定認為你這個中國人有病，即使你是美籍華人。贊 1 踩 1 回復 0