绕落巡圆满成功哪些方面世界最牛？细数天问一号领先之处

　　随着祝融号火星车缓缓驶离着陆器，中国天问一号探火任务三部曲，＂绕、落、巡＂已经全部圆满成功！在一次火星任务中实现＂绕、落、巡＂三合一，可以说前无古人，很多可能也会后无来者。从人类探火历史角度来说，天文一号取得的成就到底有多牛？值此中国农历牛年之际，让我们来细数一下天文一号那些＂牛牛＂的亮点。
　　天问一号发射
　　首先我们要说一说，为什么天问一号能一次实现＂绕落巡＂任务三合一，这也是天文一号任务第一个＂牛＂点。天问一号于2020年7月23日12时41分由长征五号运载火箭从文昌航天发射场发射升空，其发射质量达到了5吨，是迄今为止人类向火星发射过的质量＂最高＂的探测器。
　　发射毅力号任务的美国大力神V号运载火箭
　　作为对比，毅力号任务由美国大力神V号运载火箭发射，质量为3649千克，完成了落与巡；美国有火星在轨卫星，所以绕这一步不需要了。2016年由俄罗斯质子-M火箭发射的欧空局ExoMars TGO，发射质量为3755千克，完成的是绕与落的任务，只有固定位置的着陆器，没有火星车。最后绕成功了，但是落失败了。
　　2016年欧空局ExoMars TGO任务
　　正是因为有了远超美欧对手的发射能力，天问一号才有可能将绕落巡任务整合到一起。大推力的长征五号运载火箭，是天问一号任务成功的前提。由此可见，对中国这样的＂发展中＂国家来说，研制大推力运载火箭这样的大国重器，是十分必要的。
　　武清70米口径深空测控天线
　　说到火星入轨，需要深空网络的支持。为了配合天问一号任务，中国在天津武清建造了70米口径的大型天线，于今年2月完工，恰好赶在天问一号到达火星之时投入使用。放眼全球，拥有70米口径天线的国家只有三个，即美、苏/俄、中。除此之外，日本有60米天线，欧洲有35米天线，印度最大天线口径为32米。
　　天问一号着陆器的配平翼
　　在＂落＂这方面，天问一号可谓＂牛＂点满满。我们都知道，火星降落的难度非常大。一般落火有大气制动、降落伞减速、反推火箭减速三个阶段。天问一号进入火星大气层时，使用了独特的配平翼技术，使得天问一号着陆器可以使用弹道-升力式进入方案。说白了，从着陆器侧面伸出的小翼，利用了中国之前在高超音速滑翔领域取得的成就，通过更长时间的滑翔，获得更多的气动减速，还能更好地控制落点精度。之前嫦娥五号返回舱就利用了这项技术返回地球。
　　嫦娥五号返回舱进入地球大气层
　　之前我们都听过，天问落火用了9分钟，而不是常说的＂恐怖七分钟＂。这多出来的两分钟，有相当一部分是配平翼的功劳，使得天问一号能够在火星大气层中多滑翔大约三十秒，多出来的时间还可以减轻火星车所承受的过载，可谓好处多多。在未来的火星取样返回及载人登火任务中，该技术还会获得应用。总之，天问一号使用的配平翼技术，是世界首创，配得上一个大写的＂牛＂字。
　　着陆器开启超音速降落伞
　　当天问一号的速度降到2马赫，降落伞开启。这降落伞可不是一般的降落伞，有个专有名词叫做＂超音速降落伞＂。这是人类第二次使用超音速降落伞登陆火星，第一次是美国在今年2月份降落火星的毅力号任务。如果按照到达火星轨道的时间来算，天问一号的超音速降落伞是世界上第一个到达火星轨道的＂超音速降落伞＂，因为天问一号入轨火星时间比毅力号早了8天。
　　天问一号着陆器开伞视频
　　之所以要在登火时使用超音速降落伞，是因为火星大气过于稀薄，只有地球大气层密度的不到1%，因此纯靠火星大气制动效果不理想。如果能在超音速阶段就打开降落伞，有利于延长减速时间，减轻后续反推火箭减速的负担。然而，超音速开伞必定对降落伞的承受能力提出了很高的要求。美国在毅力号之前所有的登火任务，都使用的是亚音速降落伞，在毅力号上才第一次应用了超音速降落伞。总之，在超音速降落伞技术环节，中美可以说打了个平手。
　　天问一号着陆器降落动画
　　在最后着陆阶段，天问一号着陆器使用了12台姿态控制发动机加1台7500牛中室压变推力发动机联合工作的模式。相比之下，毅力号降落时采用天车设计，天车上只有8台两两一组的小型变推力发动机，采用有一定交叉角倾斜布置的方式，复杂程度比天问一号着陆器低不少。
　　毅力号的天车
　　天问一号着陆器在最后着陆阶段的智能识别技术也是亮点。天问一号着陆器为此使用了微型相控阵雷达和激光三维雷达实现凝视识别，技术水平在世界上是最高的。
　　天问一号降落流程
　　当然，天车着陆方式对姿态控制的要求低，也不要求太高的识别能力，还能搭载更大重量的火星车，且火星车着陆时冲击更小，这些都是天车的优点。未来中国也应该考虑发展天车着陆技术。
　　祝融号火星车
　　祝融号火星车，对标的是美国2004年着陆火星的勇气号/机遇号这对双胞胎火星车。它们都使用太阳能电池板供电，大小也相近，分别是240公斤（祝融号）对185公斤（勇气号/机遇号）。至于好奇号和毅力号，属于大型火星车，重量在900~1000千克量级，和祝融号这几个不是同级别的东西。
　　美国三代火星车尺寸比较，祝融号比勇气号/机遇号稍大
　　未来祝融号一大看点，是跟勇气号/机遇号比谁的命长，不过可能要再过好多年才能比出结果。勇气号在火星上工作了8年，最后陷到一个坑里出不来，只能结束自己的使命；而机遇号则工作了长达15年，最后由于沙尘暴吹起的尘埃遮盖了太阳能电池板，电力告罄而无法苏醒。祝融号在这两方面都做了优化，以避免类似事件发生。
　　祝融号火星车的轮子可以独立转向
　　祝融号火星车的每个轮子都能独立转向，如果一个轮子卡住了，可以通过横向运动摆脱。祝融号甚至可以利用自己的悬挂系统，把整个车身抬起来，先将前面的轮子卡住不动，然后通过悬挂系统改变前后轮的间距，让轮子以＂蠕动＂的方式前进，就算轮子打滑都不怕。
　　祝融号打开太阳能电池板
　　为解决灰尘覆盖太阳能电池板的问题，祝融号的太阳能电池板有一项很特别的设计：电池板表面膜结构使得灰尘很难附着在电池板上。更特别的是，祝融号的太阳能电池板不仅能展开，还能合起来。通过让太阳能电池板立起来，可以抖掉上面的灰尘，避免机遇号悲剧事件的发生。相比之下，勇气号/机遇号太阳能电池板展开之后就卡死了，是不能再翻转回去的。不管怎么说，美国的火星车把很多雷都趟过了，我们今日的进步也是理所应当。
　　祝融号电池板立起
　　从前述内容我们可以看出，尽管这是中国第一次真正意义上的火星任务，但是从技术层面来说，绝不是乞丐版地解决有无问题，而是大胆应用了一系列先进技术，很多方面做到了世界领先。我们绝对有理由相信，未来中国的火星任务，会向世界第一的位置进发。
　　少儿科普课程：《佰思科学：火星变家园》
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