成功率只有50的祝融号如何完成着陆？四个关键阶段决定成败

　　2021年5月15日7时17分，中国第一辆火星车祝融号成功着陆火星，这直接将我们的火星探测水平拉升至世界第二，同时我们还是唯一实现一次发射完成两项探测任务（勘探、着陆）的国家，这不得不令人感到自豪。祝融号的着陆地点为火星的乌托邦平原南部。这个平原的特点和着陆这里的原因，我在上期视频里已经介绍过了，感兴趣的同学可以翻看。
　　祝融号火星车
　　火星着陆任务可以说是人类行星探测史中失败率最高的事情之一了，距今为止各国的火星探测任务成功的几率只有50左右。
　　其中美国成功了9个，苏联成功了1个（只工作了20秒）。失败率如此高的原因就在传说中的黑暗9分钟内，之所以黑暗是因为探测器降落的过程将全程失去地球信号追踪，不能人为进行指令干预，只能靠自身的GNC（制导、导航与控制分系统）系统控制完成系列任务，难度可想一般。那么天问一号是怎么做到顺利着陆火星的呢？四大关键为什么决定成败？我是木铎君，今天我们就来仔细讲讲。
　　美国毅力号在前期视频中我们提到，天问一号组合体是由环绕器和着陆器两部分组成，要想登陆火星，第一步就得让他俩分手。
　　组合体在登陆火星前一直处于停泊轨道，这个轨道距离火星较远，不利于登陆器开展活动，所以分手前就得先降低轨道。组合体在抵达近火点前5个小时左右开始实施降轨并进入火星撞击状态。降轨后两小时，着陆器与环绕器分离，环绕器迅速提升轨道返回火星停泊轨道，继续提供火星车通讯中继器的作用。这一步指令一定要及时，否则环绕器很有可能会撞向火星。
　　天问一号组合体
　　着陆器则进入火星撞击阶段。天问一号撞击火星的方式与载入航天返回方式相同，称为弹道升力式，有些类似打水漂，通过二次进入火星大气达到减速的目的。而这一步的关键就是着陆器进入火星的时间点，早了晚了都无法到达预定地点。
　　组合体分离第二步着陆器进入大气层也叫气动减速阶段
　　着陆器进入大气层的初始速度将达到4。8公里每秒，通过与火星大气摩擦速度将急剧下降，当进入大气层80秒后，祝融号外的热屏蔽层温度将达到1300度，90秒左右进入最大降速阶段。这个阶段的最大压力就在于着陆器整体的气动外形结构中。天问一号的着陆器采用球形双锥配平翼作为气动外形，能最大程度地增加减速力度，这也是人类首次将这样的技术用于火星任务中。
　　进入气动减速阶段第三步，降落伞打开也叫伞系减速
　　通过气动结构完成大气层减速后，着陆器将进入火星内部，当时间到达240秒时，减速降落伞打开，此时距离地面11公里，速度为460米每秒。260秒时，前隔热罩分离，距地9公里；350秒时，后隔热罩分离，巡视器露出主体，距地2公里，速度80110米每秒。这一步的核心在于如何在超音速的情况下打开降落伞？如果使用普通载人降落伞将无法承受如此高压，为此航天科技集团对其进行了重新的设计，开发出了适合火星环境的降落伞。
　　伞系减速，抛隔热罩第四步，动力减速也就是发动机点火反推减速
　　降落伞只能将着陆器减速至95米每秒，此时距离地面还有1。1公里左右，巡视器的7500N反推力发动机启动，垂直速度降低至1。5米每秒。进入火星地表100米高度进行悬停避障，相对速度下降为0。悬停阶段，巡视器上的摄像机将对地面情况进行分析，再通过与制导系统配合进行平行移动，寻找到一块相对平坦的地方。到达着陆点后减速发动机会逐渐减少推力，直至24米时完全关闭。最后靠巡视器上的四根高效吸能着陆支架完成最后的着陆动作。这个阶段对于中国航天人来说应该是轻车熟路了，嫦娥三号和四号就是靠这样的方式成功登陆月球的。所以只要前三个阶段不出现问题，最后一个步骤自然是手到擒来。
　　主发动机点火反冲减速
　　悬停避障
　　巡视器登陆成功后祝融号火星车并不会马上开始工作，需要经过一段时间的调试和充能，预计在8个火星日后和大家见面。
　　祝融号火星车开始工作
　　组合体降轨气动减速伞系减速动力减速四大步骤一气呵成，标志着我国的深空探测领域已经愈发成熟，这也是我们从航天大国迈向航天强国的关键一役。我们用20年的时间走过别人半个世纪的道路，其中的艰辛可想而知。但就算困难重重，我们仰望蓝天，追寻宇宙的脚步从未停止。我们征程，始终是星辰大海！
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