北京时间5月15日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功在火星预选着陆区乌托邦平原南部降落，实现“绕、着、巡”目标的第二步，即将开展第三步巡视探测。

 

自2020年7月23日成功发射以来，“天问一号”已累计飞行296天。在奔赴火星到成功降落的征途中，“天问一号”需要经过：发射段、地火转移段、火星捕获段、火星停泊段、离轨着陆段和科学探测段六个飞行阶段

 

其中，离轨着陆是火星探测任务成败的关键。探测器从火星大气层穿越一直到着陆，会经历一段“恐怖7分钟”。世界上现有的40多次火星探测任务中，飞行器能够安全度过这“7分钟”的仅有9次。

 

那么，在这决定成败的“7分钟”里，“天问一号”经历了怎样的着陆过程呢？

 

分离滑行段

 

 

天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成。因此，登陆火星前需要首先完成着陆巡视器与环绕器的分离。

 

攻角配平 升力控制段

 

 

 

这一阶段，主要是整个着陆巡视器调节至姿态稳定的过程，关键的一步就是解决“进得稳”的问题。此时，进入角θ的设置就尤为重要，如果进入角过大，着陆巡视器“一头扎进”火星大气层中，会在进入过程中被烧坏；如果进入角过小，着陆巡视器将会“跃出”火星大气层，导致无法成功进入。解决“进得稳”的问题，就要靠着陆巡视器的攻角η设计，将着陆器的质心配置在偏离纵轴的位置上，使其“不稳”，待着陆器进入大气层后，气动力矩会逐渐改变它的姿态，最终，运动方向、质心、压心处于一条直线，着陆器便可维持相对稳定的姿态，“抬头前进”。这个“抬头”角度就是配平攻角。

 

伞降控制段

 

 

接下来，着陆巡视器需要立刻打开自己的减速伞，直到速度降至每秒不到一百米时，其带的变推力发动机会准时开机，进入动力下降段。

 

动力减速段

 

 

 

着陆器同背罩分离。同时，发动机点火，着陆缓冲机构展开。大概飞行到距离火星表面1.1公里，抛掉降落伞，速度降到95米/秒。着落器反推发动机，最大反推力达到7500牛，速度降低到1.5米/秒。

 

悬停成像段

 

 

速度降低后，发动机推力调整，使着陆器在高度100米时速度处于垂直速度0米/秒，达到悬停状态。位于着陆器下方的对地相机开始进行火星地面图像拍摄，并通过系统自主分析选择相对平整的着陆点。

 

避障机动段

 

 

调整着陆器根据地面情况水平移动，寻找最安全的降落地点。

 

缓速下降段

 

 

发动机推进着陆平台缓缓下降。

 

触地 主发动机关机

 

 

在高度2至4米时，反推发动机关机。着陆器的四个着陆腿伸出，通过着陆腿的颤动达到缓冲效果，抵消剩余的动能，着陆器得以安全着陆于火星乌托邦平原。

 

你好，火星！在“天问一号”闯过火星征程中最关键的难关“恐怖7分钟”后，让我们共同期待更多来自“祝融”号火星车在第三步“巡”阶段的工作。

 

（图片来源：航天科技集团五院）