火星登陆凶险万分探测器需要克服哪些困难？

来源：科技日报
2021-05-18 16:23:22

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5月15日，我国“祝融”火星车在火星的乌托邦平原南端着陆。

最新的科学探测发现，在火星乌托邦平原距离地面1到10米的浅表底层下方有大量地下水冰存在，储水量相当于地球面积最大的淡水湖——苏必利尔湖。火星地下有水，是否意味着火星存在或存在过生命?这些问题都有待我国火星车在乌托邦平原这片神奇之地做进一步解答。

选择乌托邦平原着陆，或可揭开火星生命之谜。但火星登陆凶险万分，探测器需要克服哪些困难?登陆火星又有哪些不同的方式?

成功率只有大约50%

选定着陆点后，最大的挑战就是如何在火星着陆。目前，世界火星探测器着陆的成功率只有大约50%。

这是由于火星距离地球太遥远了，地面的遥测和遥控信号很微弱。另外，由于地球与火星的通信延时达10分钟以上，所以在火星着陆的全过程中，一切都要靠探测器自主进行。还有，当火星探测器运动到火星背面时，地球上无法准确地确定其轨道参数，这就会给再入高度的选择带来困难。

着陆前，必须提前给火星探测器注入数据，使它在着陆过程中完全自主地执行上百个程序，任何一个程序都不能有误。

进入火星大气层后，火星探测器防热措施如何，降落伞、气囊和缓冲火箭等能否按程序工作，都至关重要，必须非常精确，1秒不差。因此，火星探测器的着陆过程的每个环节都不能有闪失。有一名美国科学家曾形容火星探测器着陆时的心情，就好像丈夫在产房外等待妻子分娩一样。

原定1999年12月3日在火星着陆的美国“火星极区着陆器”在即将登陆火星表面时，由于软件错误导致其起减速作用的火箭发动机过早关闭，最终撞毁。2016年10月20日，欧洲“火星生物学-2016”探测器中的“夏帕雷利”进入、降落和着陆演示器在着陆前与地面失去了联系，原因仅为一个一秒的计算失误，提前将降落伞与防热罩分离，导致“夏帕雷利”硬着陆而撞毁。

3种着陆火星方式

经过大量研究和实践的探索，目前，探测器在火星软着陆方式主要有3种，每种方案都各有优缺点，但基本原理相同，就是依靠火星大气对进入舱和降落伞产生的阻力以及探测器上缓冲发动机的反推，把高速飞行的火星探测器在着陆火星表面时的速度减为零。

第一种着陆方式是气囊弹跳式。这种方式比较简单，成本低，但只能满足重量小的火星探测器软着陆要求，且着陆精度不高。美国“火星探路者”、“勇气”号和“机遇”号火星车都采用这种着陆方式，即降落伞+气囊弹跳的方式着陆。由于着陆时是硬着陆，所以被气囊包裹住的探测器刚着陆时会被弹起10层楼高，然后经过多次弹跳，逐渐降低弹跳高度，最后在火星表面着陆。

第二种着陆方式是反推着陆腿式。这种着陆方式复杂一些，成本高，可满足重量较大的探测器在火星软着陆要求，着陆精度较高，与“神舟”飞船返回舱返回地球类似。美国的海盗1号和2号、“凤凰”号、“洞察”号以及我国的“祝融”火星车都采用这种着陆方式，即降落伞+缓冲发动机反推+着陆腿方式着陆，其中着陆腿在着陆时起到一定缓冲作用。

第三种着陆方式是空中吊机式。这种着陆方式最为复杂，成本最高，技术最先进，可满足重量更大的探测器软着陆要求，着陆位置也可以更精确。美国“好奇”号和“毅力”号火星车都采用这种着陆方式，即降落伞+缓冲发动机反推+空中吊机方式着陆。

(庞之浩作者系全国空间探测技术首席科学传播专家)

标签：火星登陆探测器困难