天问一号着陆器成功落火，祝融号相距毅力号1800公里

　　苦等多时后，今天上午终于等来红色星球重大捷报：中国首辆火星车祝融号搭乘天问一号着陆器成功落火，着陆时间点：北京时间5月15日7:18。着陆点位于火星北半球的乌托邦平原南端，坐标25.1°N, 109.7°E。
　　这是今年除夕前夜天问一号成功进入火星轨道、开启中国火星元年以来，我们迎来最重要的好消息。火星，祝融号来了！中国火神登陆火星，寄托着中华民族千年梦想终于飞落红色星球。
　　这是人类史上第6辆成功登陆的火星车，也是好奇号、毅力号之后现役第三辆火星车。尽管还差一步——预计着陆几天后，祝融号缓缓驶下着陆平台，位于火星北半球乌托邦平原上轧下第一道印记，从此开启中国火星车时代，中国一跃成为全世界第二个成功部署火星车的航天大国，顺利实现人类探火史上首次即一次完成绕、落、巡三项任务的创举。
　　●着陆器登陆火星全过程
　　▲天问一号着陆阶段示意图（来自中国航天报）
　　就在着陆前5个小时，天问一号启动降低轨道姿态。之后在距火星表面125公里高度，执行轨道器与着陆器分离操作。轨道器升轨，并且实时拍摄监测着陆器下降过程。之后返回火星停泊轨道，最终进入一个极地椭圆轨道 （265公里x12000公里） ，开启一段崭新生活——探测整个火星空间环境、大气层、磁场、地表、地质矿物等状况，并且兼作中继通信任务，任务期至少一个火星年 （687个地球日） 。
　　与此同时，承载祝融号火星车的着陆器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，全程用时约为7分半。这也是整个天问一号探测器部署任务中最最关键时刻。
　　着陆器处于高速飞行状态，即使穿越薄薄的火星大气层（ 大气压只有地球1%、质量只有地球0.48%，但大气标高约11公里，比地球高60%） ，同样需要闯三关：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、着陆缓冲4个环节，从而实现逐层减速直至软着陆。
　　由于中国航天已有嫦娥三号、四号、五号着陆器成功落月的宝贵实战经验，再加上去年10月进行过火星着陆器模拟着陆试验，天问一号任务团队已有十拿九稳的把握。
　　落火模式大体跟落月类似，只是多了气动减速控制、展开降落伞减速、抛弃着陆器保护罩 （大底、背罩） 前4个环节，而启动反推动力减速、悬停、避障、着陆缓冲等一系列高难动作，跟嫦娥落月基本相同。
　　落火之际，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18分钟（17分43秒），因此如果期待像游戏玩家那种实时操控是不可能的，只能采用智能化自主操作。当然，天问一号任务团队事先已经预设相关程序，人为注入指令进行导航、制导、控制（缩写为GNC）。
　　天问一号着陆器装配的反推发动机，采用嫦娥三号、四号着陆器同类发动机 （7500N可变推力） ，同样使用激光测距仪、微波测速传感器来实时获取导航数据，这些技术仪器都在嫦娥系列任务落月过程中表现不错。
　　当着陆器经历空气动力减速、降落伞减速、反推动力减速之后，进入着陆缓冲环节，也就是在70米空中进入悬停模式，利用3D激光扫描仪 （激光雷达） 获取地形数据。实测数据符合标准后，进一步下降至距地面20米处，启动避障模式，利用光学相机获取图像信息，从而避开表面障碍物。
　　当探测信息符合着陆标准之际，立即启动着陆模式，在距表面几米处关闭反推发动机，以避免着陆器倾斜甚至倾覆危险，让着陆器自由落地直至软着陆。俗话说：说起来容易做起来难。所谓成功都是差一点儿就会失败的幸运产物。
　　从去年7月开始上演的中美阿探火三国演义，到目前为止全部都很成功，节节顺利。按照着陆难度粗略评估，天问一号难度系数★★★★☆，仅次于美国火星2020探测器直接着陆模式★★★★★。
　　火星2020采用模式显然相当激进：探测器反推减速被火星引力捕获后，直接挑战「恐怖7分钟」，并且需要采用空中吊车精准释放毅力号火星车 （毕竟重达1吨多的火星车无法采用天问一号着陆模式） 。
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　　▲天问一号VS毅力号，天问一号到底是啥水平？（Discovery With Andy出品）
　　但不管选择哪种方式，最终两辆火星车全都成功落火。2月18日毅力号干净利落率先登陆杰泽罗着陆点，5月15日祝融号搭乘着陆器顺利飞抵乌托邦平原着陆点。两者相距大约1800公里，最多只能遥想却不相望。
　　● 为何不能一气呵成，2月10日 入轨后直接让着陆器落火？
　　简单来说这种模式风险太大，如果短时间部署轨道器、着陆器等一连串复杂操作，对于初来乍到的中国首次探火任务来说过于激进。尤其在轨道器（兼作通讯中继星）尚没有稳定运行、轨道器尚没有充分观察着陆点实地状况等仓促之下，是不可能为了快速部署而铤而走险。
　　最稳妥最可靠模式就是「先绕后落」渐进式。其实这也是NASA最早采用过的稳妥方式，早在1976年成功部署过海盗一号、二号轨任务 （进入火星轨道一个多月后，轨道卫星与着陆器分离操作，轨道卫星入轨，着陆器软着陆） 。
　　对于渴望一步到位、一次完成绕、落、巡三项任务的天问一号来说，最最重要的是妥妥成功，而不是什么急于求成，否则有可能欲速不达，功亏一篑。
　　所以入轨十天后，天问一号进入一个火星停泊轨道 （当然并不是什么静止停泊不动，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，火星日比地球日多39分35秒，主要目的是对既定着陆点进行预先探测，为期长达3个月。想想看，天问一号在这个火星停泊轨道上一次次从乌托邦平原上空飞掠，一遍遍鸟瞰着陆点……不厌其烦地飞行观察3个月。这是为何？
　　尽管在此之前天问一号任务团队已经尽可能地做足功课，但毕竟是跨越两个星球的观测以及基于二手信息选择的着陆点，有可能与实地状况存在很大偏差，因此需要在着陆前进行充分探测，拿到充足数据信息后，再经过任务团队反复比对、评估、调整相关程序设定，让智能化着陆器变成更聪明更可靠，从而进一步增强软着陆几率。与此同时，还需要密切关注臭名昭著的火星沙尘暴当季动向，避免对火星车造成严重威胁。
　　▲NASA火星勘察轨道器拍下天问一号选择着陆点（红点位置）
　　●祝融号着陆点在哪？
　　着陆点位于火星北半球的乌托邦平原南端，坐标位置25.1°N, 109.7°E，距离原定目标点（24.748°N, 110.318°E）不到40公里 。计划中的 着陆区域方圆约为40×100公里。
　　根据已知探测结果显示，此处很可能存在一个巨大水冰库，其储量与北美五大湖中最大的苏必利尔湖一样多。这正是天问一号任务选择此处为着陆点的关键因素之一。
　　其次，这里地势平坦，少有沙丘巨石。乌托邦平原作为火星世界最大的撞击坑，被称为火星最容易着陆的地方之一。早在1976年NASA海盗二号就降落在该平原北部。
　　▲天问一号火星车仪器装备示意图（来自行星事务所）
　　● 祝融号装备如何？
　　天问一号着陆器： 也称着陆巡视器，包含着陆器+火星车，重约1.3吨，着陆器不装配探测仪器，只用于落火。
　　祝融号火星车重240公斤 （接近玉兔号月球车两倍、相当于毅力号火星车四分之一）。 火星车长宽高尺寸：2×1.65×0.8米 （相当于奔驰Smart） 。
　　携带6款科学仪器：探地雷达 （类似玉兔号的精良装备，可探测地下100米） 、激光引导击穿光谱仪 （类似好奇号的高端装备，法国国家空间研究中心支持） 、气象探测仪 （微型气象台） 、地表磁场探测器、多光谱相机、导航与测绘仪。
　　火星车主要任务是探测火星土壤、大气、地表环境、水冰分布、火星地下结构等。火星车任务期至少90个火星日 （92个地球日） 。
　　▲天问一号轨道器（环绕器）仪器装备示意图（来自行星事务所）
　　天问一号轨道器： 全称为火星全球遥感轨道器 ： 重3.71吨，采用六面体结构，携带7种科学仪器，包括高分辨率相机 （265公里高度成像分辨率超过0.5米，可比NASA火星勘察轨道器同类设备） 、中分辨率相机 （400公里轨道高度为100米分辨率） 、磁力仪 （奥地利科学院空间研究所支持） 、离子与中性粒子分析仪、矿物质光谱仪 （法国航天局支持） 、探地雷达扫描仪（ 发射天线、接收天线） 、通讯中继器 （甚低频天线，欧空局全球深空跟踪网提供通信）。
　　前次任务： 2011年中国萤火一号探测器曾搭乘俄罗斯福布斯-土壤探测任务试图首次探测火星，由于火箭转轨失败导致未能飞出地球轨道、任务挫败。
　　后续任务： 天问二号采样返回火星任务，计划最早2028年发射，与NASA+ESA火星采样返回任务差不多同期。由轨道器、着陆器、火星车、上升器、返回舱五个部分组成。结构基于嫦娥五号月球采样返回任务设计，因此天问二号需要嫦娥五号技术验证。
　　任务耗资： 未公布 （希望号任务约2亿美元、毅力号+机智号火星探测任务27亿美元）。
　　天问一号任务标签：
　　①中国首次独立火星探测任务，首次部署行星际探测任务，也是中国部署最远的探测器 （火星距离地球最近时达5500万公里，最远距离超过4亿公里。之前发射的嫦娥二号围绕太阳轨道飞行，2014年距离地球1亿多公里）。
　　②一步到位、一次完成绕、落、巡三项任务。这是世界上首次探索火星一举完成软着陆的壮举 （NASA成功部署前4辆火星车，没有同步部署火星轨道器）。
　　③主要使命：实地收集第一手火星信息资料；探测火星自然资源；寻找火星生命存在迹象。
　　▲历次探火任务、尝试着陆火星探测任务，迄今人类共执行过47次火星探测任务，其中22次任务成功，25次失败，成功率只有46.8%-来自planetary.org
　　▲迄今成功登陆火星表面的只有10个探测器，包括6辆火星车-来自planetary.org
　　●火星从未如此热闹
　　火星是除了月球之外，人类热情最大、探测和尝试登陆任务次数最多的外星球，也是最有希望、最有条件让人类首先登陆的行星，更是人类成为跨行星物种，建立跨行星文明的首选星球。
　　迄今为止人类共执行过47次火星探测任务，包含59个探测器任务，其中22次任务成功，25次失败，成功率只有46.8%，低于探月任务成功率53%。
　　成功登陆火星表面的探测器只有10个： 海盗1和2号、探路者、勇气号、机遇号、凤凰号、好奇号、洞察号、毅力号、祝融号 。
　　成功运行的火星车6辆： 旅居者号、勇气号、机遇号、好奇号、毅力号、祝融号 （准）。
　　目前正在火星表面工作的4个探测器： 好奇号火星车、洞察号着陆探测器、毅力号火星车、祝融号火星车 （准）。
　　目前正常工作的8个轨道探测器： NASA奥德赛 （2001 Mars Odyssey）、 ESA火星快车 （Mars Express） 、NASA火星勘察轨道器 （MRO）、 NASA火星大气与挥发物演化任务探测器 （MAVEN）、 欧俄探索火星生命微量气体轨道器 （ExoMars TGO）、 印度曼加里安火星轨道器 （Mangalyaan/MOM）、 阿联酋希望号火星探测器 （Hope）、 中国天文一号火星全球遥感轨道器 （Tianwen-1）。
　　还有一架史无前例的探测直升机： 机智号/独特号。
　　如今，这颗红色星球从未如此热闹，从未如此接近我们地球人。探索火星，从科幻作品到发射探测器，再到载人登陆计划，从天马行空到火星科学，再到火星时代前奏。可以预见，火星作为人类最想登陆的行星，各大国争相逐鹿的新目标，必将是太空探索的下一个制高点。
　　探索火星的过程将会提升人类文明，认清宇宙与生命的意义，还会促成一系列副产品与文明成果，让人类社会受益匪浅，长远利益和深远价值必将超过阿波罗登月。