图片来自央视新闻今天，“天问一号”火星车火星探测器高速进入火星大气，成功降落，踏上火星表面。这是中国第一次派探测器降落到一个有大气层的外星球，我们的星辰大海之路，又向前迈进了一大步。“天问一号”的成功，意味着中国成为地球上第三个成功登陆火星的国家。在火星上着陆，是对人类科学与工业能力的极限挑战。这不仅仅是因为火星距离遥远，也因为火星上有大气。如果我们在月球着陆，可以认为整个过程是在真空里飞行，没有阻力、没有风、没有扰动，不需要考虑气动加热,当然也用不上降落伞。火星上不但有大气，而且和地球上的大气层完全不一样。这就为着陆器的设计带来了巨大的麻烦。探测器在火星表面着陆需要经历进入、下降和着陆过程，英文缩写为EDL。EDL过程只有6到10分钟，却是整个探测任务中最关键、最危险的环节。包为民院士曾经对媒体表示：“火星探测最大的难点在于恐怖7分钟。再入、下降与着陆过程中，要在7分钟内将探测器的时速从2万千米降低到0。”除了“天问一号”之外，全世界一共尝试过16次火星表面着陆，只有8次成功，其他都是在EDL环节出了问题。在火星上EDL，头号问题就是火星大气。它带来的麻烦可以简单概括成三项。首先是大气密度，火星大气的密度还不到地球的百分之一。所以气动阻力比较小，着陆器的减速效果比较差。然后是风暴。火星大气虽然稀薄，气候却很暴烈，经常发生高强度的风暴。因为人类对火星的认识还很有限，火星天气预报还做不到，只能让着陆器在飞行过程中随时应变。第三，虽然火星大气稀薄，但气动加热的问题还是很严重，防热的工作一点都不轻松。为了解决在火星大气里安全飞行的问题，美国和苏联在上世纪60年代就开始激波风洞的试验。当然，喷进风洞里的不是普通空气，而是稀薄的二氧化碳，这样才能模拟火星的环境。中国也在进入21世纪后，在有关风洞设施里进行了类似的试验，其中JF12号激波风洞的试验结果已经公开发表。正因为有了风洞试验的数据积累，航天科研人员才能设计出行之有效的着陆器和进入弹道。既然有了大气模型，就可以开展气动设计了。如果对比火星进入器和普通载人飞船的外观，可以发现火星进入器更扁平、大底的面积更大一些。这就意味着阻力更大，减速效果更好。按照美国提供的数据，火星进入器在差不多45千米的高度接触到火星大气，这时候的速度是每小时一万七千三百千米，妥妥的高超音速飞行器。防热大底上的温度，最高可以达到摄氏度。虽然也就是持续几分钟的时间，但足够严酷了。火星进入器也必须依靠烧蚀材料来保护自己。中国通过返回式卫星和载人航天工程，在烧蚀材料方面积累了足够的经验和技术，成为天问一号的重要基础。防热大底要一直硬抗，直到速度降低到每小时千米左右，也就是每秒米上下。这个速度在地球大气层里是不能开降落伞的，但是因为火星大气稀薄，所以可以开伞减速了。再慢一点，反而有可能开伞失败。在降落伞的牵引下，着陆器的速度越来越慢，气动加热的问题也逐渐消失。到10千米左右的高度，要抛掉防热大底，展开一个更大的降落伞继续减速。当距离火星表面不到1千米的时候，把降落伞和上半个外壳也扔掉。着陆器自己向火星表面降落。这时候，中国航天在嫦娥三号、四号、五号上积累的反推发动机着陆技术再次发威，着陆器像孙悟空的筋斗云一样慢慢下降，用相机加上人工智能判断合适的着陆点。在一阵烟尘当中，“天问一号”就降落到了火星上。“天问一号”的成功着陆，证明了我们国家的航天科学与工程能力真的已经踏入国际一流。更多的火星照片与火星科研成果将会陆续放出，好期待！作者：孔新版权稿件，未经许可禁止转载文章内容系作者观点，不代表本报立场本文来源：环球时报军事
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