著陸地點(diǎn)位于火星北半球的烏托邦平原，著陸器上搭載了我國(guó)“祝融”號(hào)首輛火星車。

　　據(jù)中國(guó)青年報(bào)客戶端消息，記者從國(guó)家航天局獲悉，北京時(shí)間2021年5月15日上午8點(diǎn)20分左右，我國(guó)天問(wèn)一號(hào)著陸器確認(rèn)成功降落火星，著陸地點(diǎn)位于火星北半球的烏托邦平原，著陸器上搭載的是我國(guó)“祝融”號(hào)首輛火星車，這是我國(guó)首次實(shí)施火星著陸任務(wù)。

　　
 

　　圖注：天問(wèn)一號(hào)著陸器降落火星(藝術(shù)圖)。

　　天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器2020年7月23日發(fā)射升空，歷經(jīng)200多天的飛行，于2021年2月10日成功進(jìn)入火星軌道。在此后的這幾個(gè)月的時(shí)間里，又經(jīng)過(guò)多次軌道調(diào)整，對(duì)著陸區(qū)域進(jìn)行了高分辨率成像，等待今天這個(gè)最佳時(shí)機(jī)實(shí)施著陸。

　　
 

　　圖注：天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器由軌道器(環(huán)繞器)、著陸器和巡視器(火星車)組成。

　　著陸器搭載祝融號(hào)降落火星后，軌道器則繼續(xù)圍繞火星運(yùn)行，一方面為著陸器和火星車提供中繼信號(hào)服務(wù)，另一方面繼續(xù)進(jìn)行科學(xué)探測(cè)活動(dòng)。

　　
 

　　圖注：2021年3月16日，天問(wèn)一號(hào)拍攝的火星南半球影像。

　　我國(guó)首輛火星車：祝融號(hào)

　　天問(wèn)一號(hào)著陸器攜帶了我國(guó)祝融號(hào)首輛火星車。據(jù)官方說(shuō)法，祝融是中國(guó)上古神話中的火神，火的應(yīng)用促進(jìn)了人類文明的發(fā)展，驅(qū)散黑暗、帶來(lái)溫暖?；鹨矊⒄樟柳櫭桑敢祟惒粩嗵剿骱棋强?，引領(lǐng)人類追逐光明。

　
 

　　
 

　　圖注：祝融號(hào)火星車從著陸器上走下(藝術(shù)圖)。

　　祝融號(hào)火星車重約240公斤，幾乎是玉兔月球車重量的兩倍，這個(gè)重量介于NASA的機(jī)遇號(hào)火星車和好奇號(hào)火星車之間，預(yù)計(jì)能工作至少90個(gè)火星日。

　　祝融號(hào)火星車有四片太陽(yáng)能板，六個(gè)車輪，兩個(gè)高聳的天線，看起來(lái)就像一只蝴蝶。六個(gè)車輪都能提供動(dòng)力，還能像螃蟹那樣橫著走，更加靈活機(jī)動(dòng)。

　　
 

　　由于火星車采用的是太陽(yáng)能動(dòng)力，受火星上光照和溫度的限制，最佳的工作時(shí)間是在火星的中午前后，這時(shí)候陽(yáng)光比較充足，能為其上搭載的科學(xué)儀器提供充足的電力。在白天陽(yáng)光充足的時(shí)候，火星車還會(huì)把一部分電能儲(chǔ)存在蓄電池中，以備夜間使用。

　　除此之外，科學(xué)家還想到一種利用物質(zhì)相變吸收太陽(yáng)能的巧妙方法，在火星車頂部，有一個(gè)叫集熱窗的裝置，里面裝有正十一烷。白天，溫度升高的時(shí)候，這種物質(zhì)吸收熱量而熔化;夜間，溫度下降的時(shí)候，這種物質(zhì)釋放熱量而凝固。利用這種方法，可保證火星車安全度過(guò)漫漫寒夜。

　
 

　　天問(wèn)一號(hào)降落火星經(jīng)過(guò)了哪些難關(guān)?

　　著陸器從離開(kāi)軌道到著陸到火星表面的過(guò)程簡(jiǎn)稱為EDL，是Entry Descent Landing的縮寫。

　　著陸器從分離到降落火星大約需要9分鐘左右的時(shí)間，在這9分鐘時(shí)間里，速度要從4.8公里每秒降低零。

　　我們知道，火星是有大氣層存在的，表面氣壓大約是地球氣壓的1%，探測(cè)器進(jìn)入地球大氣層后強(qiáng)烈壓縮其前面的空氣，造成溫度急劇升高，溫度可達(dá)2000度左右，也就是說(shuō)，著陸器被一層高溫的等離子體包圍著。等離子體有一個(gè)特性，能夠屏蔽電磁波，這就造成了著陸器與地面控制人員無(wú)法進(jìn)行通訊，這種情況可持續(xù)6到7分鐘，通常比喻為黑色恐怖的7分鐘。

　　
 

　　經(jīng)過(guò)這一階段的氣動(dòng)減速之后，著陸器的速度能夠降低90%，大約480米每秒，此時(shí)的高度大約10公里，然后減速傘打開(kāi)，進(jìn)一步降低著陸器的速度，與此同時(shí)，包裹著陸器的前端防熱罩脫離。

　　當(dāng)速度下降到95米每秒的時(shí)候，大約相當(dāng)于復(fù)興號(hào)高鐵的速度，此時(shí)降落傘拉著背罩脫離，著陸器處于裸露狀態(tài)，著陸器底部的7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始點(diǎn)火，逐漸降低下降速度。同時(shí)維持姿態(tài)穩(wěn)定。

　　在距離火星表面100米的地方，著陸器的速度降低到零，此時(shí)著陸器處于懸停狀態(tài)。與此同時(shí)，著陸器下方的相機(jī)開(kāi)始拍攝著陸點(diǎn)精確圖像，自主選擇相對(duì)平坦的區(qū)域?qū)嵤┳罱K的著陸。

　　
 

　　圖注：2019年11月14日，我國(guó)在河北省懷來(lái)縣試驗(yàn)場(chǎng)模擬了天問(wèn)一號(hào)著陸器在火星環(huán)境下的懸停、避障和緩速下降的過(guò)程。

　　確定最終的著陸點(diǎn)后，著陸器再緩緩下降，落地的速度僅剩3.6米每秒，這個(gè)最終速度采用著陸腿的緩沖機(jī)構(gòu)來(lái)克服。

　　降落地點(diǎn)為什么選擇在烏托邦平原?

　　烏托邦平原(Utopia Planitia)位于火星的北半球，是火星上的最大平原，大小約3300公里。為什么選擇在這里著陸呢?

　　
 

　　圖注：烏托邦平原在火星上的位置和天問(wèn)一號(hào)著陸地區(qū)。

　　一是因?yàn)楣こ田L(fēng)險(xiǎn)低。由于該地區(qū)地勢(shì)平坦，隕石坑較少，地質(zhì)年齡較輕，地殼較薄，對(duì)著陸器著陸和后續(xù)的科學(xué)探測(cè)非常有利。

　　二是因?yàn)榭茖W(xué)價(jià)值高。人類登陸火星，其中一個(gè)非常重要的目的是尋找火星上的生命痕跡，科學(xué)家認(rèn)為，在遠(yuǎn)古火星，烏托邦平原很可能是海洋覆蓋的地區(qū)，天問(wèn)一號(hào)著陸地點(diǎn)(東經(jīng)110.318度，北緯24.748度)位于遠(yuǎn)古海洋與陸地交界處。1972年，美國(guó)海盜二號(hào)著陸器也選擇在該地區(qū)著陸。

　
 

　　2016年，美國(guó)宇航局宣布，在火星烏托邦平原地區(qū)，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)巨大的地下冰體，估計(jì)含水量相當(dāng)于蘇必利爾湖。

　　
 

　　圖注：遠(yuǎn)古火星可能存在過(guò)大面積的海洋。

　　天問(wèn)一號(hào)的主要科學(xué)目標(biāo)有哪些?

　　據(jù)官方透露，天問(wèn)一號(hào)任務(wù)共有13種有效載荷。軌道器上的7臺(tái)儀器包括兩臺(tái)相機(jī)、火星軌道次表層探測(cè)雷達(dá)、火星礦物學(xué)光譜儀、火星磁力儀、火星離子和中性粒子分析儀、火星高能粒子分析儀。

　　祝融號(hào)火星車上的6臺(tái)儀器包括多光譜相機(jī)、地形相機(jī)、火星次表層探測(cè)雷達(dá)、火星表面成分探測(cè)器、火星磁場(chǎng)探測(cè)器和火星氣象監(jiān)測(cè)儀。

　　這些有效載荷要完成以下五大科學(xué)目標(biāo)：(1)繪制火星形態(tài)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖;(2)調(diào)查火星表面的土壤特征和水冰分布;(3)分析火星表面的物質(zhì)組成;(4)測(cè)量電離層和火星地表氣候及環(huán)境特征;(5)探索火星的物理場(chǎng)(電磁場(chǎng)、引力場(chǎng))和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　無(wú)形的風(fēng)箏線：深空網(wǎng)

　　從地球飛到火星可不是一件容易的事情，火星探測(cè)器離開(kāi)地球，在飛往火星的過(guò)程中需要精確測(cè)控。由于探測(cè)器的距離很遠(yuǎn)，發(fā)出的信號(hào)隨著距離的增加而衰減，這就需要有強(qiáng)大的深空測(cè)控能力。

　　最著名的要數(shù)美國(guó)深空網(wǎng)(DNS)，這是由美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理的一個(gè)先進(jìn)的測(cè)控網(wǎng)，是為了對(duì)執(zhí)行月球、行星和行星際探測(cè)任務(wù)的航天器進(jìn)行跟蹤、導(dǎo)航與通信而建立的地基全球分布測(cè)控網(wǎng)。

　　
 

　　圖注：佳木斯深空站66米測(cè)控設(shè)備。

　　近年來(lái)，我國(guó)為了深空探測(cè)的需要，也建立了自己的深空網(wǎng)，嫦娥探月計(jì)劃的成功實(shí)施，深空測(cè)控網(wǎng)功不可沒(méi)。本次天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器，我們除了擁有推力強(qiáng)勁的長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭之外，還得益于擁有獨(dú)立的全球性深空網(wǎng)。

　　我們的深空通信綜合設(shè)施主要是喀什深空測(cè)控站、佳木斯深空測(cè)控站和位于阿根廷的深空測(cè)控站。為什么要到阿根廷建設(shè)深空測(cè)控站?為了克服地球自轉(zhuǎn)影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)深空航天器的連續(xù)跟蹤。

　　據(jù)悉，雖然佳木斯站和喀什站充分利用了我國(guó)地域上的東西縱深，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，其測(cè)控能力已可達(dá)到6400萬(wàn)公里，但是這兩個(gè)深空測(cè)控站還不能實(shí)現(xiàn)全天24小時(shí)覆蓋，每天還會(huì)有8到10個(gè)小時(shí)的測(cè)控盲區(qū)，要保證連續(xù)的通信還得在南美洲建一個(gè)站點(diǎn)。

　　
 

　　圖注：阿根廷深空站35米測(cè)控設(shè)備。

　　目前，我國(guó)的深空網(wǎng)已成為繼美國(guó)深空網(wǎng)、歐空局深空網(wǎng)之外，又一功能完備的全球性測(cè)控網(wǎng)。

　　除了這些專用的深空測(cè)控天線外，分布在國(guó)內(nèi)的眾多射電望遠(yuǎn)鏡也能幫助接受信號(hào)，為我國(guó)深空探測(cè)任務(wù)保駕護(hù)航。

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　　圖注：位于天津武清的我國(guó)70米口徑的高性能信號(hào)接收天線系統(tǒng)。

　　值得注意的是，2021年2月3日，據(jù)央視新聞報(bào)道，位于天津武清的我國(guó)70米口徑的高性能信號(hào)接收天線系統(tǒng)完成驗(yàn)收并投用，它是目前我國(guó)乃至亞洲最大的航天信號(hào)接收天線(非專用射電望遠(yuǎn)鏡)，這架天線首先用于天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器的信號(hào)接收工作。

　　火星表面有哪些最著名的探測(cè)器?

　　
 

　　圖注：火星表面的探測(cè)器分布。

　　當(dāng)前，最著名的火星探測(cè)器要數(shù)好奇號(hào)和毅力號(hào)火星車了，前者自從2012年著陸火星以來(lái)，一直穩(wěn)定工作，靠放射性同位素發(fā)電機(jī)提供能量。后者于2021年2月19日成功登陸火星，還帶去了一架名叫“機(jī)智”號(hào)的直升機(jī)，目前工作狀態(tài)良好。

　　
 

　　圖注：美國(guó)宇航局好奇號(hào)火星車(藝術(shù)圖)。

　　2004年著陸火星的勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星車也是大名鼎鼎，兩輛火星車的設(shè)計(jì)壽命只有90天，但兩者都大大超期服役。其中，勇氣號(hào)運(yùn)行到2010年，機(jī)遇號(hào)更是工作到2018年。

　　1976年著陸到火星的海盜一號(hào)和海盜二號(hào)著陸器也非常有名，這兩枚著陸器極大提高了人類對(duì)火星的認(rèn)識(shí)。

　　2008年鳳凰號(hào)著陸器在火星的北極著陸，還首次探測(cè)到火星上的微量降雪。

　　2018年著陸火星的洞察號(hào)探測(cè)器目前正在通過(guò)監(jiān)聽(tīng)火星的星震和內(nèi)部熱流來(lái)研究火星的整體結(jié)構(gòu)。

　　
 

　　圖注：前蘇聯(lián)的火星三號(hào)著陸器和小火星車(藝術(shù)圖)，

　　除了美國(guó)的這些著陸器或火星車，前蘇聯(lián)也數(shù)次嘗試登陸火星，其中只有1971年發(fā)射的火星三號(hào)著陸成功，火星三號(hào)還帶了一輛非常小的火星車，這是人類的探測(cè)器首次在火星成功著陸。但遺憾的是，火星三號(hào)著陸器只工作了20秒，火星車杳無(wú)音信，不確定是否部署成功。

　　
 

　　圖注：火星勘測(cè)軌道飛行器(藝術(shù)圖)。

　　除了這些火星車和著陸器，在火星軌道上運(yùn)行的著名軌道器有火星奧德賽、火星快車、火星勘測(cè)軌道飛行器(MRO)、曼加里號(hào)、希望號(hào)以及咱們中國(guó)的天問(wèn)一號(hào)軌道器等等。

　　人類探測(cè)火星的悲壯歷史

　　
 

　　圖注：上圖是截至到2012年，人類共向火星發(fā)射的探測(cè)器的全家福。

　　迄今為止，人類已嘗試發(fā)射了47次火星探測(cè)。其中，美國(guó)22次，前蘇聯(lián)和俄羅斯共19次，日本1次，歐洲2次，印度1次，阿聯(lián)酋1次，中國(guó)1次。完全成功和部分成功共計(jì)26次。

　　其中，前蘇聯(lián)共嘗試發(fā)射17次火星探測(cè)器，成功和部分成功僅5次;美國(guó)向火星發(fā)射了23次探測(cè)器，其中成功了16次，失敗了7次;歐空局向火星發(fā)射了2次，成功了2次;俄羅斯向火星發(fā)射了2次，失敗了2次;日本向火星發(fā)射了1次，失敗了1次;印度向火星發(fā)射了1次，成功了1次;阿聯(lián)酋向火星發(fā)射了1次，成功了1次;中國(guó)向火星發(fā)射了1次，成功了1次。因此，火星有探測(cè)器墳場(chǎng)的稱呼。

　　隨著科技的進(jìn)步，近些年火星探測(cè)器的成功率已經(jīng)有了很大的提高。從進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人類共向火星發(fā)射了15次探測(cè)器，其中只有1次完全失敗，2次部分失敗。

　　人類探測(cè)火星的重要意義是什么?

　　
 

　　火星是太陽(yáng)系內(nèi)與地球環(huán)境最接近的行星，有稀薄的大氣層，氣壓為地球的1%，局部最高溫度甚至可達(dá)35攝氏度，當(dāng)然平均溫度還是比較低的，只有零下63攝氏度。此外，還封存有大量冷凍狀態(tài)的水。

　　
 

　　圖注：毅力號(hào)拍攝的火星地貌。像不像地球上的戈壁?

　　因此，在未來(lái)，火星幾乎是唯一存在移民可能性的行星。另外，火星還可能存在像微生物這種低等生命的可能性。這些因素都是世界各國(guó)熱衷探索火星的重要原因。