要想着陆火星,总共分几步天眼新闻

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哈喽，小伙伴儿们，再过不久是我们天问一号着陆火星“大日子”，前期“追番”追了这么久，终于要到“亲密接触”的一天了，想想是不是还有点小激动呢？

在这关键的时刻，没点儿知识储备怎么能行？今天我们就一起来学习，天问一号着陆火星的几个核心知识点吧，敲黑板，涨姿势啦！

要想着陆火星，总共分几步？答案很简单，三步第一步是“进入”，第二步是“下降”，第三步是“着陆”。

也就是传说中的EDL过程，E就是Entry，进入；D就是Descent，下降；L就是Landing，着陆。目前全世界已进行的21次火星着陆任务中，只有9次成功。

之所以难度这么大，是因为地球和火星之间距离遥远，无线电信号单程时延最长可达20分钟左右，

对于近地轨道航天器，工程师们可以在地面实时监视、实时控制。一旦出现紧急情况可以及时“抢救”，而对于火星探测，航天器以什么姿态飞行，什么时间点火、工作多长、什么时候关机，出现问题如何处置，都需要探测器“自行安排”。

当然，最核心、最关键的是火星大气影响。地球上我们可以通过天气预报知道，明天是刮风、下雨、打雷还是晴天。随时精确测出大气温度、湿度、风速等。

而在火星上，我们没办法预报天气，也不能准确知道火星即时的大气密度、气压、风速等关键信息，而这些参数却直接影响着陆的成败。火星全球性的沙尘暴基本每年都有，持续时间能达几个月；

火星大气密度、大气风场等，随季节、地理位置、着陆时间等变化。

一头扎进不可确知的大气环境，是一半以上着陆任务失败的主要原因。接下来我们就分别看看EDL三个过程中，天问一号是怎样闯关的吧，

天问一号的EDL旅程，从火星大气上边界（距火面约km）开始，总的来说，航天器进入拥有大气层的天体时，有以下几种进入方式：弹道式、半弹道式（或称弹道-升力式）、跳跃式、椭圆衰减式。

所谓弹道式，就是航天器在大气层中飞行时，大气来流方向沿着航天器的几何对称轴方向，进行“正面刚”，此时只有阻力没有升力；除此之外，对升力不加以控制也归于此类。这时的航天器就像子弹、炮弹一样“直奔主题”

这种方式最早见于导弹的弹道设计。我国的返回式卫星，美苏的第一代载人飞船，都是采用此种方式返回地球。

这是航天器最“朴素”的一种再入方式，等于直接从太空“扔”进大气层，这种方式下，航天器气动总加热量较小，但是过载较大，落点精度较差。

半弹道式属于弹道式的升级2.0版，

在此情况下，大气来流方向没有沿着航天器的几何对称轴方向，气体作用在航天器表面，不仅产生阻力，也会产生升力。有了升力的“扶助”，航天器会按一条较为平缓的轨迹下降，有效减少了过载，同时，通过升力控制可以为航天器“定制”航向，从而提高了落点精度，但因为延长了飞行时间，总加热量增大。

中国的神舟号飞船，美国的双子星座均使用此类方法实现再入返回

跳跃式则是在半弹道式的基础上，“升力plus”的轨道设计方法

航天器以较小的角度进入大气层，这样可以产生足够的升力使其“一跃而出”之后航天器再次进入或多次进出大气层，最终达到减速的目的。刚刚载誉归来的嫦娥五号返回舱就是一名优秀的“跳跃”选手，

最后，椭圆衰减轨道则是更加“任性”的存在，

它选择以更加小的进入角掠过大气层，而后“绕个圈圈”再次重复上述操作，每次将椭圆半径减小一点，直至最后落入大气层中，这种方式无法预先选定着陆点，花费时间长，一般只在紧急情况下，作为应急救援使用。

天问一号采用的是半弹道式设计，在进入段要解决两个最重要的问题：一是“进得去”，二是“进得稳”，

解决“进得去”的问题，关键一步就是进入角θ的设置，如果进入角过大，航天器“一头扎进”大气层中，会在进入过程中被烧坏；

如果进入角过小，航天器将会“跃出”大气层，导致无法成功进入。

经过科学家和工程师们的精密计算，一般采用进入角为十度左右设计再入轨迹，

而解决“进得稳”的问题，就要靠航天器的攻角η设计了，

首先将航天器的质心配置在偏离纵轴的位置上，使其“不稳”，待航天器进入大气层后，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，航天器便可维持相对稳定的姿态，“抬头前进了”

这个“抬头”角度就是配平攻角。

整个航天器“自我调节”至姿态稳定的过程，也被称为“攻角配平段”。它是航天器“稳稳当当”进入大气层的第一步

随后航天器进入升力控制段，自带的推进机构可以使航天器在一定程度上HOLD住自身姿态，或者改变姿态以调整航向确保“稳重大方”地造访火星

在升力控制段结束之后，天问一号将伸出“小翅膀”（配平翼），通过产生反向气动力矩，抵消质心偏移产生的气动力矩将进入舱“立”起来，把攻角减少到0°，也就是“直面”速度方向，为开伞做准备。

讲到这里，进入段的工作已经基本完成，后续的减速段和着陆段，　　我们的探测器又会经历怎样的挑战呢？

来源中国探月工程北京日报客户端

见习编辑申川

编辑张良胜

编审田旻佳杨韬