天问一号|探测火星有多难？8分钟减速2万公里！天问一号仍需面临3次考验
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天问一号成功发射
7月23日 ， 中国第一颗火星探测器 ， 也是第一颗地外行星探测器“天问一号”在海南文昌成功发射 ， 顺利切入了赫曼转移轨道 ， 完成了它火星征程的第一步 。 这标志着长征五号重型运载火箭自此彻底完成了可靠性验证 ， 也刷新了人类发射地外行星探测器的重量记录 。 但与普通的卫星不同 ， 天问一号探测器的挑战其实才刚刚开始 。
【天问一号|探测火星有多难？8分钟减速2万公里！天问一号仍需面临3次考验】
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天问一号已经踏上征程
此前中国发射的高轨卫星或月球探测器 ， 都是在脱离运载火箭几天后就能抵达预定轨道 ， 而天问一号则需要飞行近7个月 ， 到明年2月才能抵达火星附近 。 幸而中国有长征五号强大的运力可以直送地火转移轨道 ， 无需让探测器先在地球停泊轨道先加速一个月 ， 否则这个时间会更长 。 在这7个月中 ， 由于探测器距离地球越来越远 ， 通讯延迟也会越来越严重 ， 大量细节姿态调整就必须依赖设计好的自动飞行程序了 ， 这也是对天问一号的第一项挑战 。
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天问一号的三位一体探测器
尤其是在泊入火星环绕轨道的阶段 ， 需要在短时间内调转探测器飞行方向 ， 利用主引擎将速度从约11.2千米/秒降低至不到4千米/秒 ， 在精确、及时减速的同时还要求不能“矫枉过正” ， 减速过头 ， 防止浪费燃料 。 这也是中国航天器第一次实施全程自主调控的入轨飞行 ， 也是进行其他地外行星探测的“敲门砖”技术 。
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天问一号轨道器上携带了大量探测仪器
由于中国并没有独立获取过火星大气数据 ， 而美俄欧公布的火星大气研究都并不全面 ， 因此天问一号就不得不面临了解火星大气状况的难题 。 在进入火星轨道后 ， “天问一号”并不会立刻释放着陆组件 ， 而会先切入火星低轨道 ， 在火星大气边缘探测大气数据和观察预定着陆点的地形情况后 ， 制定详细的着陆计划 ， 在两个月后释放着陆器 ， 开始着陆程序 。
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好奇号采用类似于起重机的方式放下火星车
此时天问一号将面对第三大挑战：自主着陆 。 由于火星引力大于月球 ， 而火星空气密度又恰好不足以用降落伞完成足够的减速 ， 因此在掌握自主悬停避障技术（应用于好奇号火星车）之前 ， 美国火星车多采用防热大底突入大气层——降落伞初步减速——低空反推火箭进一步减速——缓冲气囊接地的方式像气球一样降落 。 这种方法的好处在于无需太精准的操控就能实现安全着陆 ， 缺点是气囊能承载的重量有限 。
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天问一号着陆器降落流程
而天问一号在降落阶段 ， 为了能在最后8分钟内从2万公里的高空、5公里/小时的速度下安全着陆 。 天问一号着陆器在最后接地前阶段 ， 采用了与嫦娥三号、四号类似的自主悬停避障平台设计 ， 能够实现全程自主的精确软着陆 ， 在着陆技术上达到了美国最先进水平 。
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天问一号任务也多国参与
在中国火星车着陆完成后 ， 为了克服通讯盲区问题不仅仅天问一号环绕器将负责其通讯中继任务 ， 欧空局的火星快车轨道器也将接力进行数据传输 。 天问一号已经不仅仅是中国火星探测的一大步 ， 也是世界各国联合探测火星的一大步 。
作者：端平入洛
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