第A04版:纵横

祝融号火星车顺利发回遥测信号,火星上首次留下中国人的印迹

千年天问 梦圆火星

  据新华社北京5月15日电 红色火星上首次有了中国印迹!科研团队根据祝融号火星车发回遥测信号确认,5月15日7时18分,天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,我国首次火星探测任务着陆火星成功。

  15日凌晨1时许,天问一号探测器在停泊轨道实施降轨,机动至火星进入轨道。4时许,着陆巡视器与环绕器分离,历经约3小时飞行后,进入火星大气,经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲,成功软着陆于预选着陆区。两器分离约30分钟后,环绕器进行升轨,返回停泊轨道,为着陆巡视器提供中继通信。

  目前,探测器已在太空运行295天,距离地球约3.2亿千米。后续,祝融号火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。

  天问一号任务突破了第二宇宙速度发射、行星际飞行及测控通信、地外行星软着陆等关键技术,实现了我国首次地外行星着陆,是中国航天事业发展中又一具有重大意义的里程碑。

  7500N发动机助稳准刹车着陆

  据新华社西安5月15日电 作为着陆巡视器的主发动机,由航天科技集团第六研究院研制的7500N变推力发动机是动力减速环节的主要工具,使天问一号实现“最后一脚”稳准刹车。

  天问一号采用的是由液体火箭发动机提供反推力的方式来实施最后的减速,此方法已在嫦娥三、四、五号探测器落月过程中连续三次成功实施,天问一号着陆巡视器的7500N变推力发动机正是落月用变推力发动机的2.0版。

  “之所以从1.0升级到2.0,是因为火星表面软着陆的难度升级了。” 航天科技集团六院院长王万军说。火星与地球的距离为3亿公里,信号还没跑到地球,探测器已经“收工”了。对于身在遥远异乡的“小家伙”来说,这一段路得它自己操心,每一次推力的变化必须迅速、精准,发动机需要很“听话”。

  在着陆巡视器降落过程中,雷达等探测设备会像眼睛一样盯着火星地面,测量它距离地面高度等参数,这些参数进入制导、导航与控制系统,由这个睿智的“大脑”计算出对发动机的推力要求。发动机会按照预设的时序和实时的指令完成变推力调节,让着陆巡视器慢下来,最后以很低的速度稳稳落在火星表面。

  火星与地球“时差”近40分钟/天

  新华社西安5月15日电 经远行将近10个月的祝融号火星车,如今正式开启在这颗遥远而神秘星球上巡视探测的“日日夜夜”……

  等等,火星的一天一夜,和地球一样是24小时吗?凭直觉好像不是。那么,火星上的一天和地球上的一天, “时差”究竟差多少?

  中国科学院国家授时中心研究员童明雷告诉记者,通俗来说,星球自转一周为一天。科学家虚构了“平太阳”这样一个参照点,其运行速度等于太阳在黄道面运行的平均速度,平太阳的连续两次上中天,则成为一个平太阳日。

  太阳系的行星在自转的同时,还都围绕太阳做公转运动,因此地球相对于恒星背景的运动才更加反映地球的自转。以恒星为参考,春分点连续两次上中天的时间间隔,则为一个恒星日。

  因此,按照地球上定义的时间尺度,火星上的一个平太阳日为24小时39分35.244秒,地球的平太阳日则是24小时,两者之间差距39分35秒多;在更反映自转周期的恒星日方面,火星一个恒星日为24小时37分22.663秒,地球则为23小时56分4.099秒,两者之差更是达到了约41分19秒。

  粗浅理解下来,火星上的一天比地球的一天大约长40分钟,相当于祝融号如果在火星上活动36天,就要比地球上的人们晚了24个小时——整整一天呐!

  据新华社北京5月15日电 “天何所沓?十二焉分?日月安属?列星安陈?”两千多年前,诗人屈原仰望苍穹,发出“天问”。两千多年后,以屈原长诗命名的天问一号探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区,完成了一次教科书式的精准着陆,在火星上首次留下中国人的印迹,迈出了我国星际探测征程的重要一步。

  踏上火星 感觉良好

  火星的北半球多平原,南半球多山地,此次火星软着陆的地点就选择在火星北半球乌托邦平原的南部。

  整个降落过程大致分为“进入—减速—软着陆”三步。航天科技集团五院总体设计部火星探测器总体主任设计师王闯介绍,天问一号在进入火星大气层以后首先借助火星大气,进行气动减速,这个过程它克服了高温和姿态偏差,气动减速完成后天问一号的下降速度也减掉了90%左右。

  紧接着天问一号打开降落伞降速,当速度降至100米每秒时,天问一号通过反推发动机进行减速,由大气减速阶段进入动力减速阶段。

  在距离火星表面100米时天问一号进入悬停阶段,完成精避障和缓速下降后,着陆巡视器在缓冲机构的保护下,抵达位于火星东经109.9°北纬25.1°的着陆点。

  总的来说,整个过程天问一号在9分钟内将约2万千米每小时的速度降到0。

  专家告诉记者,一方面火星表面存在大气,因此火星比月球表面有更复杂的环境;另一方面火星离地球距离更加遥远,通信时延达到20分钟左右,因此整个着陆过程相距遥远的地表来不及做任何处置,只能靠天问一号自主完成,经历“生死九分钟”。

  航天科技集团五院总体设计部火星巡视器总体主任设计师陈百超表示,天问一号是我国首次火星探测任务,对火星的环境,特别是大气等参数,我们没有一手数据,所以相当于我们到了一个完全未知的环境,难度和挑战可想而知。

  着陆火星 使命不凡

  成功着陆后,“绕、着、巡”的串联任务终于进行到最后一步。首先,着陆器将着陆信息通过环绕器转发地面,先后完成坡道及太阳翼天线展开,火星车在第一时间将成功展开的消息传回地面。一切就绪后,祝融号火星车将自主驶离着陆器,抵达火星表面,开启新的征程。

  探测火星不仅是工程任务的突破,更是行星科学领域的突破。除了常规的通讯、能量来源(太阳能帆板)、支撑结构、动力系统等部分外,天问一号整体上携带了13种科学载荷,其中7个在火星上空的环绕器上,分别是中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、火星矿物光谱探测仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪。6台分布在火星车上,分别是多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪、地形相机。

  它们共有五大使命,主要涉及火星空间环境、地表形貌特征、土壤表层结构等研究,将给我国带来探测火星的一手资料。其中,与气象有关的研究项目将收集有关温度、气压、风速和风向的大气数据,并研究火星的磁场和重力场,这些也将解答大家的疑惑——火星究竟是什么样的气候。

  “天问一号成功着陆火星,成为我国星际探测征程上具有里程碑意义的重要一步。”我国首次火星探测任务工程总设计师张荣桥表示,经过六年的科研攻关,发射场百余天的坚守,以及295天的飞行控制,天问一号实现了一次教科书式的精准着陆,展示了我国深空探测技术的先进能力,体现了我们集中力量办大事的制度优势。

  后续,除了火星车要在火星表面进行巡视探测外,天问一号环绕器也将继续工作。天问一号探测器副总指挥张玉花告诉记者,环绕器将在完成着陆过程的中继通信任务后,在周期为两个火星日的停泊轨道上运行一圈,之后在近火点实施变轨机动,将轨道变为周期为三分之一个火星日的中继轨道,这样一个火星日内,环绕器可为火星车提供一次近火点中继通信和一次远火点中继通信,为后续的巡视探测任务提供信息传输服务。

  火神“祝融” 荒野求生

  火星的环境是出了名的恶劣,要想完成使命,火星车首先得存活下来。这就需要祝融号足够强大。

  中国曾数次造访月球,积累了宝贵的经验。但月球与火星最大的不同,便在于月表近乎真空,而火星有大气层,这大大增加了探测火星的难度。

  如果只是看图片,火星的地貌似乎与地球上的沙漠戈壁无异。事实上,火星上的风速可达每秒180米,这几乎是地球上特大台风风速的三倍还多。狂风会掀起大量的沙尘、石块,形成特大沙暴,让祝融号的眼睛蒙尘、翅膀不再灵活。

  面对这样的情况,设计师们使用了一种新材料,这种材料不易沾上灰尘,即使沾上,也可以通过振动将其抖落。火星表面还密布着石块等障碍物,这就使得火星车的行驶需要更加“小心翼翼”,以免被障碍物卡住造成操作的迟滞。

  那么如何让火星车的每一步都走得更加稳妥呢?在北京的实验室中,有一台一模一样的火星车。当在火星上遇到复杂的路况时,地球上的火星车将对火星路况进行模拟行驶,确认无误后才会发出指令。

  按照计划,90个火星日后,火星车将结束巡视探测工作,环绕器也将进行轨道调整,从而开展环绕科学探测。