天问一号下一个大动作即将开启，随后再过3个月挑战火星软着陆

你不会更好

继 2021 年 2 月 10 日成功进入环火轨道、2 月 15 日调整进入火星极地轨道后，我国首个火星探测器天问一号将迎来又一大考：进入火星停泊轨道。在进入停泊轨道并运行 3 个月后，环绕器和着陆巡视器将 " 器器分离 "，着陆器挑战火星软着陆。
可以说，天问一号如今走过的每一步，都是中国航天史上的第一次。
2 月 10 日那次精准的 " 刹车 " 制动，让天问一号成为我国第一颗人造火星卫星，实现 " 绕、着、巡 " 第一步 " 绕 " 的目标。如果仅从 " 绕 " 这一目标看，我国已成为继苏联、美国、欧空局、印度、阿联酋之后第 6 个成功部署火星探测器的国家队，还是继印度、阿联酋之后第 3 个首次探火即获成功的国家。


天问一号刹车制动进入环火轨道，成为一颗人造火星卫星
进入环火轨道仅 5 天，天问一号又进行了 " 远火点平面机动 "，形象来说，就是顺势来了一个 " 侧手翻 "，由横着绕火星转改成竖着绕火星转，将轨道调整为飞越火星两极的环火轨道，这样天问一号就能看到火星的南北极了。这样一来，天问一号近火点高度也从 400 公里下调至 265 公里，火星看得更清楚了。


通过远火点平面机动，天问一号进入火星极地轨道
对于要一次实现 " 绕、着、巡 " 目标的天问一号而言，真正的挑战其实刚刚开始，接下来的难度系数将更大。
按照计划，这两天，天问一号回到近火点时将进行一次刹车，更换线路，迈入到停泊调向轨道；2 月 20 日前后，当 " 天问一号 " 在停泊调相轨道上再次到达近火点时，需要再度刹车，进入停泊轨道。当然，停泊轨道并不是静止停泊不动，而是相对于下一步更关键的着陆阶段来说，保持中途停泊状态，这个停泊轨道周期约 2 个火星日，主要目的是对既定着陆点进行预先探测，为期长达 3 个月。
为何要进入停泊轨道，而且还要长达 3 个月？
火星探测，对于初来乍到的天问一号而言，还是陌生的，为确保安全，没有选择在入轨后就一气呵成着陆火星。我国的原则是稳妥为要，采用 " 先绕后落 " 的可靠模式。按照此前的计划，天问一号将着陆火星的乌托邦平原，具体的着陆点可能是一个古海洋的所在地，科学家认为这个地方有很高的科学价值，很大可能取得意想不到的科学成果。然而，要想在遥远的宇宙精准着陆，就需要停泊轨道上的天问一号一遍又一遍地确认地形和着陆点；同时还要洞察火星沙尘暴的动向，避开恶劣的火星天气。由此，3 个月的停泊也就不足为怪了，毕竟稳妥最为重要。


对着陆区进行拍摄成像，准确定位着陆位置地形地貌
在停泊轨道上，天问一号对着陆区进行拍摄成像，选定最合适的位置后将完成 " 泊车 " 的最后一步，即实现环绕器与着陆巡视器的分离，着陆巡视器进入到火星大气。在约 3 个小时内，环绕器需要变轨到危险的撞击火星轨道，建立并保持着陆器进入火星大气所需要的姿态，而姿态的误差要小于 0.01 度。在预定分离时刻，环绕器与着陆器必须完成分离，经过安全距离飘飞过程后，环绕器需要迅速完成推力加速，以回到安全的环绕火星轨道。此时的环绕器，要犹如一名优秀的跳水运动员，需要完成一次空中高难度的翻腾和时间精准的入水。环绕器这一系列姿态机动 " 翻腾 " 和器器分离 " 入水 " 动作必须一气呵成。" 入水 " 太早难以保证着陆器进入精度，" 入水 " 太晚则会造成环绕器撞击火星的风险。
器器分离后，着陆巡视器将采用弹道式进入火星大气层，从穿越薄薄的大气层到最终着陆火星表面，全程大约需要 9 分钟。此时的着陆器处于高速飞行状态，需要经历空气动力减速、降落伞减速、反推动力减速、着陆缓冲 4 个环节，从而实现逐层减速直至软着陆。虽然我国航天器没有在火星软着陆的经历，但类似的套路我们已经很熟了，嫦娥三号、四号、五号着陆器成功落月的整个过程与其类似。只不过，天问一号落火之时，着陆器与地球相距大约 3 亿公里，通讯数据单程传输时间延迟很明显，长达约 20 分钟，只能依靠天问一号智能化自主操作。


火星车巡视火星之时，环绕器将在环火轨道开展探测，并承担中继通信任务
如果一切按照预想的推进，天问一号将于今年 5 月至 6 月成功实现火星软着陆，我国首辆火星车将在着陆一个星期后驶出着陆平台，开启在火星乌托邦平原的 " 探险之旅 "。届时，中国将成为继美国之后世界上第二个成功部署火星车的国家。
值得一提的是，当火星车在火星上漫步之时，回到环火极地轨道的天问一号环绕器也不会闲着，将利用携带的中分辨率相机、高分辨率相机、磁强计、矿物光谱分析仪等载荷对火星开展多维度探测；同时，还将兼任天问一号火星车的中继通信任务，任务期至少一个火星年（687 个地球日）。
栏目主编：刘锟 本文作者：刘锟 文字编辑：刘锟 题图来源：上海航天