中国火星探测器天问一号2021年2月到达火星附近，在环绕火星飞行了3个月，已经成功降落火星，这是中国首次访问月亮以外的星球，火星的神秘面纱将被我们揭开。

火星降落应该是目前宇宙最危险的降落，几乎把人类所有的降落技术都用到了。这一过程只有短短的9分钟，但对在地球上的人来说，却是惊心动魄万分难熬的9分钟，既无法控制，也不知道降落情况，只有祈祷和等待。这次和大家一起了解一下人类火星降落技术。



| 01 火星降落的难度

火星降落难度超过人类经历的任何一种降落。探测器准备降落后，要选择角度进入火星大气层，角度越小与大气摩擦越小，探测器就越安全，但角度过小又存在不能进入大气层的危险，实际上可选择的角度范围很小。但这都不是困难，真正的困难有三点：

第一，火星探测器整个降落过程有1000多个动作，需要火星探测器自主操作。

整个着落过程需要9分钟左右，而地球到火星的一次通讯时长超过了7分钟，也就是说地球下一个指令，火星探测器收到信息已是7分钟以后了，所以地球无法遥控整个降落。并且因探测器与空气摩擦产生的高温等离子体层，通讯完全中断，地球连降落情况都无法知道，只有探测器完全着落后发回信号才知道是否降落成功。

第二，火星有大气层，但较为稀薄，含量不到地球海平面的1%，必须借用多种降落技术。

火星有空气一方面它可以让探测器减速；但另一方面因为过于稀薄，在最后必须借助动力反冲才能将速度降到接近0。所以降落时要先采用降落伞减速，后启动反冲火箭发动机悬停，然后再缓慢降落。

第三，探测器进入大气层会因摩擦产生2000度的高温，必须在探测器上装隔热设备，以隔绝热量保护设备。

隔热设备分前端隔热罩和后盖，技术难度有两点：一是在降落过程中要调整姿态，把装有隔热罩的一面调整为摩擦面；二是由于隔热罩较重，在接近地面速度较低的时候自动分离，只留下后盖。



| 02 火星着落技术

由于空气稀薄，降落伞在降落后期不能有效减速，火星降落还必须使用着落技术，目前共有三种着落技术，分别是气囊着落技术、天空起重机技术和火箭反推悬停降落技术。

第一，气囊降落技术。

用在美国的早期火星探测器勇气号、机遇号。将火星车折叠后包裹在巨大的气囊中，着落器在离地面20米左右将气囊抛至地面，装有平衡设备的气囊多次弹跳停止下来后，能让火星车不受损失并保持正确的姿态。因为气囊能力保护能力有限，这种降落技术只适合中小型火星车，而且要求着陆区地形较理想。



第二，天空吊车技术。

用在美国的火星探测器好奇号、毅力号。着陆器分为天空吊车和火星探测器两个部分组成，在降落伞分离后，天空吊车反推动力点火，吊着探测器缓缓降落，在探测器感触到地面时，两者链接绳瞬间切断，探测器被平稳放在地面，空中吊车飞到安全区域坠毁。这种技术难度较高，但可降落大型、精密探测器，对着落地要求不高。



第三，火箭反推悬停技术。

用在中国的探测器天问一号。在接近地面的时候，着落器反推火箭启动，与探测器一起慢慢降落在地表。这种技术简单安全，降落一瞬间产生的轻微反冲力对精密仪器有一定影响，对地形要求也比较高。



| 03 美国火星降落过程

美国最新的火星探测器为毅力号，它于2021年2月19日降落火星，其采用天空吊车技术，整个过程大致为四个步骤。

第一步：进入大气层后进行气动减速，阶段大约有260秒。

第二步：降落伞减速。采用的几乎是人类制造的最大降落伞，由80根悬吊钢线组成，长度为50米，跨度为16米。打开降落伞大约20秒后隔热层分离，速度约在每秒80~100米。

第三步：降落伞与火星车分离，释放出空中吊车，吊车启动后以每秒0.75米速度降落，并将火星探测器吊到火星地面。

第四步：火星探测器接触地面，连接空中吊车的绳索电缆立即切断，吊车飞到安全区域坠毁。



| 04 中国火星降落过程

与美国的技术不同，中国采用火箭反推悬停技术，在9分钟内将速度从每秒4.8公里降到0，整个过程有五个步骤。

第一步：气动减速，进入大气层后，用4分钟时间进行急刹，把速度从每秒4.8公里降到每秒460米。

第二步：降落伞减速，用一分钟左右的时间把速度缓缓降到每秒95米。

第三步：动力减速，在与降落伞分离后，反推发动机开始点火启动，用一分钟时间用反推力将速度降到每秒3.6米。

第四步：空中悬停，在离火星表面约100米的地方探测器速度降为0，悬停在空中，以观察地貌和降落地面情况。

第五步：选择好没有障碍的降落点后，探测器缓缓下降，打开四条装有缓冲器的着落架，平稳降落在地面上。



天问一号抵达火星后有 “绕”“着”“巡”三大任务，降落意味着完成了前两项任务，接着天问一号将对火星进行综合探测和巡视勘查，通过雷达研究土壤的元素情况和岩石成分，届时我们就会知道火星是不是存在原始生命。天问一号登陆火星向世界展示中国实力和技术，既是人类对火星研究的巨大突破，也是五千年华夏文明走向宇宙的开端。