5月15日，我國(guó)“祝融”火星車(chē)在火星的烏托邦平原南端著陸。

最新的科學(xué)探測(cè)發(fā)現(xiàn)，在火星烏托邦平原距離地面1到10米的淺表底層下方有大量地下水冰存在，儲(chǔ)水量相當(dāng)于地球面積最大的淡水湖——蘇必利爾湖?；鹦堑叵掠兴?，是否意味著火星存在或存在過(guò)生命?這些問(wèn)題都有待我國(guó)火星車(chē)在烏托邦平原這片神奇之地做進(jìn)一步解答。

選擇烏托邦平原著陸，或可揭開(kāi)火星生命之謎。但火星登陸兇險(xiǎn)萬(wàn)分，探測(cè)器需要克服哪些困難?登陸火星又有哪些不同的方式?

成功率只有大約50%

選定著陸點(diǎn)后，最大的挑戰(zhàn)就是如何在火星著陸。目前，世界火星探測(cè)器著陸的成功率只有大約50%。

這是由于火星距離地球太遙遠(yuǎn)了，地面的遙測(cè)和遙控信號(hào)很微弱。另外，由于地球與火星的通信延時(shí)達(dá)10分鐘以上，所以在火星著陸的全過(guò)程中，一切都要靠探測(cè)器自主進(jìn)行。還有，當(dāng)火星探測(cè)器運(yùn)動(dòng)到火星背面時(shí)，地球上無(wú)法準(zhǔn)確地確定其軌道參數(shù)，這就會(huì)給再入高度的選擇帶來(lái)困難。

著陸前，必須提前給火星探測(cè)器注入數(shù)據(jù)，使它在著陸過(guò)程中完全自主地執(zhí)行上百個(gè)程序，任何一個(gè)程序都不能有誤。

進(jìn)入火星大氣層后，火星探測(cè)器防熱措施如何，降落傘、氣囊和緩沖火箭等能否按程序工作，都至關(guān)重要，必須非常精確，1秒不差。因此，火星探測(cè)器的著陸過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)都不能有閃失。有一名美國(guó)科學(xué)家曾形容火星探測(cè)器著陸時(shí)的心情，就好像丈夫在產(chǎn)房外等待妻子分娩一樣。

原定1999年12月3日在火星著陸的美國(guó)“火星極區(qū)著陸器”在即將登陸火星表面時(shí)，由于軟件錯(cuò)誤導(dǎo)致其起減速作用的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)早關(guān)閉，最終撞毀。2016年10月20日，歐洲“火星生物學(xué)-2016”探測(cè)器中的“夏帕雷利”進(jìn)入、降落和著陸演示器在著陸前與地面失去了聯(lián)系，原因僅為一個(gè)一秒的計(jì)算失誤，提前將降落傘與防熱罩分離，導(dǎo)致“夏帕雷利”硬著陸而撞毀。

3種著陸火星方式

經(jīng)過(guò)大量研究和實(shí)踐的探索，目前，探測(cè)器在火星軟著陸方式主要有3種，每種方案都各有優(yōu)缺點(diǎn)，但基本原理相同，就是依靠火星大氣對(duì)進(jìn)入艙和降落傘產(chǎn)生的阻力以及探測(cè)器上緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)的反推，把高速飛行的火星探測(cè)器在著陸火星表面時(shí)的速度減為零。

第一種著陸方式是氣囊彈跳式。這種方式比較簡(jiǎn)單，成本低，但只能滿足重量小的火星探測(cè)器軟著陸要求，且著陸精度不高。美國(guó)“火星探路者”、“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車(chē)都采用這種著陸方式，即降落傘+氣囊彈跳的方式著陸。由于著陸時(shí)是硬著陸，所以被氣囊包裹住的探測(cè)器剛著陸時(shí)會(huì)被彈起10層樓高，然后經(jīng)過(guò)多次彈跳，逐漸降低彈跳高度，最后在火星表面著陸。

第二種著陸方式是反推著陸腿式。這種著陸方式復(fù)雜一些，成本高，可滿足重量較大的探測(cè)器在火星軟著陸要求，著陸精度較高，與“神舟”飛船返回艙返回地球類(lèi)似。美國(guó)的海盜1號(hào)和2號(hào)、“鳳凰”號(hào)、“洞察”號(hào)以及我國(guó)的“祝融”火星車(chē)都采用這種著陸方式，即降落傘+緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)反推+著陸腿方式著陸，其中著陸腿在著陸時(shí)起到一定緩沖作用。

第三種著陸方式是空中吊機(jī)式。這種著陸方式最為復(fù)雜，成本最高，技術(shù)最先進(jìn)，可滿足重量更大的探測(cè)器軟著陸要求，著陸位置也可以更精確。美國(guó)“好奇”號(hào)和“毅力”號(hào)火星車(chē)都采用這種著陸方式，即降落傘+緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)反推+空中吊機(jī)方式著陸。

(作者系全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專(zhuān)家)

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