为何毅力号着陆非得选择很刺激的空中吊车法？

　　2020火星发射季中美阿三国演义终于轮到压轴大戏。殿后任务迎头赶上，跳过火星轨道，直接挑战落火，成败在此一举！
　　历经飞行近5亿公里、历时203天，火星2020探测器即将以时速约2万公里穿越大气层，勇闯「恐怖七分钟」，考验空中吊车精准投放真功夫，直到最终确认毅力号火星车是否成功登陆……
　　这一切锁定美东时间2月18日～15:55（北京时间2月19日～4:55）。
　　NASA将从北京时间2月19日～3:15全球直播，网络直播地址：
　　https://www.nasa.gov/nasalive
　　https://www.nasa.gov/multimedia/nasatv/index.html#public
　　https://youtu.be/21X5lGlDOfg
　　期待人类第5辆幸运火星车的星际捷报，与现役唯一火星车好奇号遥望作伴，与即将着陆的中国火星车隔空招呼！我们都是火星神器！
　　着陆火星为何要闯过恐怖七分钟？
　　所谓「恐怖七分钟」（7 Minutes of Terror)，其实是NASA火星科学家一种内部说法，形容火星探测器着陆过程中最关键、最惊惧、最危险的7分钟——火星探测器进入大气层、急剧减速降落、着陆火星表面，全程7分钟，洞察号必须全自动、及时、精准、高效地完成上千个指令步骤，才能最终实现安全软着陆。具体来看看，NASA喷气推进实验室总工程师罗布·曼宁(Rob Manning)，是如何解读洞察号遭遇「恐怖七分钟」的？
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　　无论是大名鼎鼎的好奇号、毅力号火星车，还是今年5月择机落火的中国首辆火星车，都需要勇闯「恐怖7分钟」。
　　携带火星车的天问一号着陆器从穿越厚达11公里的火星大气层，直至最终着陆火星表面，全程耗时更长，大约需要9分钟。这也是整个天问一号探测器部署任务中最最关键时刻。
　　登陆火星共有几种方式？
　　无论是火星着陆器（不能移动的）还是火星车（能移动的），都需要闯三关：NASA JPL火星任务团队俗称EDL（进入、下降、着陆），这个过程需要经历空气动力减速、降落伞减速、反推动力减速，直至最后一关软着陆。要想实现软着陆，勇闯最后一关共有三种模式：
　　①中小型探测器——安全气囊法：
　　采用反推火箭助力减速，安全气囊包裹弹跳软着陆模式，让探测器从时速160公里降至时速48公里弹性撞冲火星表面，即使撞到尖锐的岩石上也没事。这种被称为Vectran高强力聚芳酯纤维具有高强度、高弹性特点，强度是芳纶的两倍，足以经受住数次撞击、反弹减缓、直至静止，最终一次性放气。这种着陆方式很适合不足200公斤的火星车，比如勇气号、机遇号。如果单纯采用反推火箭进行动力减速，很难控制质量很轻的探测器姿态，很容易倾覆，器毁车亡。
　　②大型探测器——着陆支腿法：
　　采用反推火箭减速+着陆器支撑模式，从时速160公里降至时速10公里以下，逐步减速直至最终软着陆。这种着陆方式适合于几百公斤的着陆器/火星车，比如海盗1/2号着陆器、洞察号着陆器。天问一号着陆器也将这种模式挑战软着陆，稍后不同的是，除了反推动力减速，还特别增加两次悬停操作，逐步降低着陆风险。这种稳健方法得益于嫦娥三、四、五号成功落月的实战经验。
　　③重型探测器——空中吊车法：
　　采用反推火箭减速+空中吊车悬停投放火星车模式。从时速160公里降至每秒0.75米的着陆速度，一旦火星车触地软着陆，立即切断绳索，空中吊车飞离。无论是2012年好奇号火星车，还是即将挑战登陆的毅力号火星车都采用这种超酷模式。
　　为何毅力号选择看似更激进的空中吊车法？
　　之所以毅力号不能采用洞察号、天问一号那种着陆方式（只靠反推火箭减速/悬停直至软着陆），主要考虑因素包括：其一，重型探测器必须装配重型反推火箭才行，而这种大推力火箭在靠近火星表面时，难免会掀起大量沙尘，对火星车及其科研仪器造成不可估量的扬尘危险，无异于遭遇一场火星沙尘暴。所以，在距火星表面大约21米，火星车安全触地之时，立即熔断绳索，空中吊车快速飞离、远处硬着陆，以避对火星车造成扬尘等不利影响。
　　其二，空中吊车法可以同时避免前两种模式不足，即【安全气囊法】着陆质量很有限，无法承载重型探测器；【着陆支腿法】存在诸多风险：由于受到着陆支腿的限制，无论洞察号还是天问一号都对着陆地形要求很高，对着陆器稳定性要求很高，对着陆支腿设计和质量要求很高，对火星车驶下斜坡等都是不小的考验。反观，【空中吊车法】不仅越过这些诸多潜在风险，而且适合于越来越大、越来越重的探测器/火星车，无疑这就是未来趋势（除非星舰梦想成真，一步到位）。毅力号与好奇号着陆完全一样吗？
　　对比2021年毅力号与2012年好奇号这对孪生火星车，着陆方式完全一样，细节略有不同。更先进之处在于，毅力号采用智能辨别系统选择着陆点之后分离降落伞，而不再像好奇号那种机械定时、被动分离减速伞，从而让毅力号自主性软着陆变成更安全、更智能。
　　火星2020着陆全过程什么样？
　　★巡航段结束：
　　美东时间2月18日13:55（北京时间2月19日2:55）
　　导航系统更新数据，开始EDL倒计时2小时
　　★巡航平台分离
　　美东时间18日15:38（北京时间19日4:38）
　　火星2020探测器抛离巡航段外壳（包括太阳能电池板、传感器、推进剂）
　　此时探测器速度超过20000公里/小时
　　★停止飞旋
　　美东时间18日15:39（北京时间19日4:39）
　　大约1分钟后，火星2020利用姿态推进器停止飞旋，调整姿态准备进入大气层
　　★抛离配重
　　美东时间18日15:40（北京时间19日4:40）
　　火星2020在距着陆点大约3000公里之际，抛掉两个70公斤配重物，为8分钟后进入火星大气层创造适当的升阻比。
　　★进入火星大气层
　　美东时间18日15:48（北京时间19日4:48）
　　此时火星2020距离着陆点（杰泽罗陨石坑，35亿～39亿年前火星远古时期的河流三角洲，拥有丰富的沉积物，最有可能找到火星生命曾经存在的最直接证据）不到640公里，隔热罩起到隔热、减速作用。
　　★启动制导
　　美东时间18日15:49（北京时间19日4:49）
　　火星2020启动制导系统，利用姿态推进器保持不会偏离轨道，此时速度19400公里/小时。
　　★达到温度峰值
　　美东时间18日15:49:20（北京时间19日4:49:20）
　　此时隔热罩经受最高温，达到温度峰值2100°C，速度约为14300公里/小时，高度约为200公里。
　　★经受最大加速度
　　美东时间18日15:49:30（北京时间19日4:49:30）
　　此时达到最大加速度，经受12.9个G的重力加速度，速度约为10220公里/小时，高度约为160公里。
　　★校准
　　美东时间18日15:50（北京时间19日4:50）
　　距着陆最后不到5分钟，系统自动进入校准模式，修正各项误差。
　　★展翅飞翔
　　美东时间18日15:52（北京时间19日4:52）
　　NASA任务团队内部称之为【展翅飞翔】Straighten up and fly right。此时速度大幅降至1700公里/小时，距离着陆点约21公里，抛离6个配重物。
　　★展开降落伞
　　美东时间18日15:52:10（北京时间19日4:52:10）
　　几乎同时，展开直径达21米的降落伞，速度从两倍音速（680米/秒）降至420米/秒。
　　★抛离隔热罩
　　美东时间18日15:52:39（北京时间19日4:52:39）
　　紧接着抛弃劳苦功高的隔热罩，毅力号火星车暴露在火星大气中。开启火星车自带摄像头、麦克风以及其他仪器开始记录。此时距火星表面7～11公里，速度降至160米/秒。
　　★开启自主选择模式
　　美东时间18日15:53（北京时间19日4:53）
　　毅力号启动地形相对导航系统，利用3D激光扫描仪（激光雷达）获取地形数据，避开障碍物及危险区，选择安全区域作为最终着陆点。此时距火星表面4～7公里，速度降至100米/秒。
　　★降落伞及后壳分离
　　美东时间18日15:53:50（北京时间19日4:53:50）
　　火星车与降落伞及后壳分离（也称顶罩分离），此时高度约2.1公里，速度约89米/秒。
　　接下来开启反推火箭8台发动机，匀速动力下降，水平速度为0，下降速度保持20米/秒。高度逐渐降至105米。
　　★与空中吊车分离
　　美东时间18日15:54（北京时间19日4:54）
　　着陆前最后1分钟，关闭4台发动机，匀减速下降，速度从20米/米降至0.75米/秒，高度由105米降至55米。当高度降至21米时，空中吊车通过点燃喷射装置实现与火星车分体、分离。利用三条尼龙绳索投放火星车，约7秒钟后，长达7.5米尼龙绳索完全展开，停止下降火星车，实现悬停状态，随后进入两秒钟触地姿态校正。
　　★火星车触地
　　美东时间18日15:54:50～15:55:00（北京时间19日4:54:50～4:55:00）
　　当火星车与空中吊车分离9秒钟后，启动着陆模式。火星车以0.75米/秒速度下降，直至最终触地。
　　当确认火星车触地后，空中吊车立即点火熔断绳索，开始飞离着陆点上空，直至燃料消耗殆尽，最终坠落在大约距火星车150米开外。
　　此时此刻，NASA新一代火星2020探测器开启一个全新探火新时代：毅力号火星车+机智号直升机的新时代。前者既是现役火星车好奇号的最亲兄弟，更是这个时代最顶尖的火星车，准备动用最尖端的探测采样技术，试图找到火星生命的最直接证据。机智号直升机将成为人类史上首架太空探测直升机，由此开创「火星探测车+探测直升机」全方位、立体化的全新行星探测模式。
　　到底能否成功？全靠最后一搏！我们赶快搬来小板凳，坐等跨行星捷报。