5月15日7时18分，由航天科技集团研制的中国天问一号探测器稳稳降落在位于火星北半球的乌托邦平原上。

至此，我国首次火星探测任务顺利度过了最为凶险的阶段——从进入火星大气层到着陆火星表面的“惊心动魄9分钟”。

环火3个月

5月15日凌晨4时许，火星上空，天问一号探测器系统中的“两兄弟”在做最后的告别——相伴295天后，环绕器和承载着“祝融号”火星车的着陆巡视器正式分离。

随后，环绕器抬升了自己的轨道，迎来新的使命——为火星和地球之间架起通信桥梁。

此时，着陆巡视器独自上路，它调整姿态，防热大底朝前，沿着进入火星大气层的轨道滑行，瞄准进入火星大气层的狭窄“走廊”。

三小时后，它进入火星大气，迎来整个火星探测任务的惊心动魄时刻。生死考验后，它将代表中国完成首次着陆火星的壮举。

“天问一号”距离家乡3.2亿公里，是走得最远的中国远行客。去年7月23日，它从海南文昌启程，迄今已跋涉295天。

这些天里，它曾举起自拍杆，拍下深空掠影，向祖国报告平安；也曾回望故土家园，拍下地月合影，遥寄思乡之情。

最重要的，它先后多次修正前行轨道，更精准地朝火星奔去。

今年2月24日，它踩下了“史上最难”的太空刹车——通过3次近火制动，成功进入火星轨道，顺利飞抵火星。在火星上空踩下的这几脚刹车，分寸有多难拿捏？科学家说，就像从巴黎打出一个高尔夫球，让它落进东京的某个球洞里。

到达火星上空后，“天问一号”没有立即降落，而是环火飞行数月。

中国首次探测火星，最重要的是妥妥成功，因此，“天问一号”选择了最稳妥的模式——“先绕后落”。

我国在“天问一号”探测任务之前，尚不掌握第一手火星环境资料，对火星的地形地貌、天气环境等各方面情况尚不熟悉。在本次任务中，根据全球已公开的数据，在任务规划中首先预选出一个首选着陆区以及一个备选着陆区，并通过环绕火星的方式对预选着陆地点进行探测。

在将近3个月的时间里，“天问一号”在火星停泊轨道上“兜圈”式飞掠，不停地鸟瞰着陆点——乌托邦平原。借助携带的相机和光谱仪，它看清了火星的地形地貌，监测到了火星沙尘暴的当季动向，也看到了着陆地区的坡度、凹坑等。

科研人员根据观察到的最新情况，不停地完善火星着陆方案，避开恶劣的火星天气，选择一个“风和日丽”的日子实施火星着陆计划。

自主闯险关

北京航天飞行控制中心，随着“天问一号”两兄弟分离，科研人员也进入了最后的忙碌时间。很快，着陆巡视器将迎来火星着陆的挑战。其间，信号会被等离子鞘层切断，“天问一号”将短暂失联，所有的难关只能靠着陆巡视器自主去闯。

此刻的航天科技工作者就像一位丈夫，妻子即将进入产房，他等候在门外，能做的已经很少，但抑制不住兴奋和紧张。

火星着陆素有“黑色7分钟”的说法，最早起源于美国火星探测任务，揭示着陆过程的险象环生，具体耗时却不尽相同。中国“天问一号”任务中，探测器从进入大气到着陆火星，全程预计9分钟。

 

火星稀薄的大气屏障曾让数个人类探测器殒命。一头扎进不可知的大气环境，是世界一半以上火星探测器着陆失败的主要原因。天问一号在赢得荣誉之前，先要经受世所罕见的残酷考验。

事实上，我国虽未着陆火星，却有类似的技术基础。我国“神舟”系列飞船曾多次成功从太空返回地球，“嫦娥”系列探测器也曾多次实现月球软着陆，这些都意味着我国已熟练掌握降落伞减速、动力反推减速等技术。

但这些技术能不能照搬到火星着陆上来？答案是否定的。

主要是因为火星大气环境的特殊性。火星有一层稀薄的大气，这使得火星着陆与登陆月球相比，不能仅仅采用动力反推的方式，还需增加气动减速和伞系减速等环节，因而着陆控制更为复杂。而地球虽然也有大气层，却与火星不同。

根据目前掌握的资料，火星表面常有风沙和尘暴，会对着陆火星产生致命干扰，但对其具体运行规律却知之甚少。

另一个难点在于，当火星探测进行到着陆这最为凶险的一步时，探测器与地球却是完全失联的。火星探测器总体主任设计师王闯介绍，首先，探测器高速再入时，和稀薄大气积压产生冲击波，形成等离子鞘层，导致通信中断；其次，因为火地距离3.2亿公里，无线电信号一来一回要35分钟，着陆过程却只有短短几分钟，人根本来不及干预。

两万公里到零的降速

7时许，天问一号着陆巡视器飞向火星大气层，“惊心动魄9分钟”拉开序幕。此前人类21次尝试着陆火星，美国取得8次成功，苏联火星三号着陆20秒后失联，其他尝试均告失败。现在，中国队来到赛道。

着陆巡视器快速冲向火星，时速高达2万公里，约为“和谐号”高铁时速的70倍。从火星上空到达火星表面，总共只有不到10分钟，如何在这么短时间里把速度从2万公里降到零？火星着陆的终极手段是降速。

“天问一号”任务火星着陆共分为4个阶段：气动减速段、伞系减速段、动力减速段、悬停避障与缓速下降段。火星着陆过程复杂、动作繁多，环环相扣、步步惊心，一招出错、全盘皆输。

第一阶段为气动减速段，火星既有的稀薄大气与进入舱产生摩擦实现减速。着陆巡视器被装在进入舱中，进入舱分为背罩和大底，大底是一个盾形结构，飞入大气层时，大底斜向下对抗冲击和烧蚀。

航天科技集团的研制团队进行了大量风洞试验，从积累基础数据开始，最终完成了进入舱气动外形和热防护的研究、设计。

气动减速阶段有一个环节是展开配平翼，目的是减少探测器的晃动，给后续打开降落伞创造更好的条件。气动减速过程克服了高温和姿态偏差，约5分钟减速后，着陆巡视器的下降速度也减掉了90%左右，降到每秒约460米。这时，着陆巡视器距离火星表面约11公里，着陆进入了第二阶段——伞系减速段。

如果能够顺利打开降落伞，火星着陆就成功了90%。开伞过程很巧妙。降落伞装在弹伞筒中，弹伞筒有单门冰箱大小，装在进入舱背罩的正下方。收到控制系统发出的点火指令后，弹伞筒中的火药点燃，产生的高压燃气推动伞包冲开筒盖，飞出进入舱。随后，降落伞以倒拉的方式展开。这顶降落伞是我国首次亮相的锯齿形盘缝带伞型，展开面积达到200平方米。很快，它充气张满，48根黄色伞绳拉得笔直。

着陆火星，我国要首次在超声速、低密度、低动压的条件下开伞，以往航天器的降落伞不适合在火星使用，要么是不能在超声速下完成对降落伞的稳定充气，要么是不能满足低密度低动压条件下的稳定性需求。针对火星探测任务，降落伞设计师首次设计使用了锯齿形盘缝带伞型，并采用了新研制的特纺材料，创新了伞绳插接工艺，提高了降落伞的强度与可靠性。

随着红白色巨型降落伞的展开，着陆巡视器下降变得更慢，随后进入舱的大底抛开，承载着“祝融号”火星车的着陆平台率先与火星打了照面。

“祝融”稳落火星

降落伞把速度降到每秒约95米，着陆巡视器距离火星表面1～2公里，此时，降落伞携带进入舱的背罩与着陆巡视器分离。“祝融”露出头来，呼吸到了火星上的新鲜大气。

但降落还没有停止，惊心动魄时刻并未结束，此时，推进系统开始担纲主力，火星着陆进入第三个阶段——动力减速段。

天问一号着陆巡视器推进分系统主任设计师韩泉东介绍，着陆巡视器上配置了1台7500牛变推力发动机和26台姿控发动机。

其中，7500牛变推力发动机安装在着陆平台的正下方，为该阶段减速提供主要动力；8台250牛发动机方向与主发动机一致，配合主发动机实施减速；8台水平安装的250牛发动机可用于横向平移；其余姿控发动机均用于精确姿态控制。

在多台发动机的作用下，着陆下降速度从每秒约95米降至每秒约1.5米。

距离火星表面100米时，着陆巡视器悬停了下来，但还不是休息的时候，火星着陆过程进入到最后一个阶段——悬停避障与缓速下降段。

人类探索火星的减速方式大致相似，但到了最后一步，距离火星咫尺之遥时，方式开始多样起来。综观以往，最后一步大致可分为气囊弹跳式、反推着陆腿式和空中吊车式。气囊弹跳式适合小重量探测器着陆要求，反推着陆腿式可满足重量较大的探测器在火星软着陆要求，空中吊车式可满足重量更大的探测器软着陆要求。

我国天问一号着陆巡视器采用的是反推着陆腿式在火星表面软着陆，这同我国探月工程嫦娥三号和嫦娥四号着陆月面的方式类似。悬停在空中后，着陆巡视器搭载的微波测距测速敏感器、光学相机等6台仪器都同时开启，对火星表面进行观察和分析，判断出火星表面哪里更平整，在哪里“落脚”更安全。

这一步同样关键，如果着陆地点选不好，前面所有努力或许都会付诸东流。此时，在推进系统提供的连续可调的轴向推力和强劲的横向推力作用下，着陆巡视器寻找最优着陆点，选择更加平坦的地形，确认最终着陆位置，实施缓速下降。

7时18分，4条着陆腿与火星表面第一次亲密接触。触地后，带有缓冲装置的4条着陆腿有效抵挡了着陆瞬间的冲击力，在与推进系统共同作用下，重1.3吨的着陆巡视器稳稳地落在火星乌托邦平原南部的预定着陆区域。

闯过“惊心动魄9分钟”，中国首个火星探测器平安抵达火星表面。从上空俯瞰，“祝融号”像一只展翅的大鹏，驶下着陆平台，在火星表面轧下第一道“中国印”。

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